Fachdialog See- und Erdkabel Stand der Technik von Erdkabeln der Höchstspannungsebene

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1 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier Fachdialog See- und Erdkabel Stand der Technik von Erdkabeln der Höchstspannungsebene Scharbeutz, Zur Person... Kay Rethmeier, *1972 in Ahlen, DE Studium der Elektrotechnik (Hochspannungstechnik und EMV) an der TU- Berlin Promotion an der TU-Berlin auf dem Gebiet der Kabelprüf- und -messtechnik Beruflicher Werdegang Wissenschaftlicher Assistent an der TU-Berlin Messdienstleister für IPH-Berlin (Kabelprüfungen weltweit) Entwicklungs-Ingenieur bei Baur Prüf- und Messtechnik, Sulz (Kabelmesstechnik) Applikationsexperte bei Omicron electronics, Klaus (Teilentladungsexperte) Professor für Hochspannungstechnik und EMV an der FH Kiel, und Unabhängiger Consultant Mitglied CIRED, VDI, VDE, stellv. Leiter Projektgruppe Kabelprüfung im FNN 2 1

2 Kurzfassung Es geht auch OHNE Freileitungen! Ausgewählte Beispiele: Irland 1865 Berlin 2000 London 2005 / 2011 Köln Kabel nichts Neues!... Neulich in Irland

3 Kabel Berlin (Diagonale fertiggestellt in 2000) 11,9km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE) von ABB und SIEMENS [Quelle: 50Hertz: 5 Kabel Berlin (Diagonale fertiggestellt in 2000) 11,9km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE) von ABB und SIEMENS [Quelle: 50Hertz: 6 3

4 Kabel London St. John s - Elstreet (2005) 20km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE), SÜDKABEL 7 Kabel London Beddington-Rowdown (2011) 10km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE), NKT 8 4

5 Kabel London Beddington-Rowdown (2011) 10km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE), NKT 9 Kabel London Beddington-Rowdown (2011) 400-kV Kabelprüfung 10 5

6 Kabel Köln / Niehl 3 (2014) 9km 400-kV Kabel (VPE), längste 400kV-XLPE-Strecke Deutschlands (NKT) [Quelle: Rheinenergie: 11 Normung Anerkannte Regeln der Technik Deutschland: DIN + VDE = DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik), ab Okt Rechtgrundlage: Normenvertrag mit der Bundesregierung 05. Juni 1975 International: IEC (ANSI, IEEE, CENELEC, ETSI, CISPR, ISO, ITU, ) [Quelle: VDE DKE] 12 6

7 Normen in der Rechtsordnung [Quelle: VDE DKE] 13 Kabelnormen HD 620 (7,2kV to 36kV) IEC (30kV to 150kV) IEC (150kV to 500kV) = DIN IEC VDE : Starkstromkabel mit extrudierter Isolierung und ihre Garnituren für Nennspannungen über 150 kv (Um = 170 kv) bis einschließlich 500 kv (Um = 550 kv) Prüfverfahren und Anforderungen IEC

8 Kabelprüfungen als Nachweis der Qualität Überblick Kabelprüfungen (Hochspannung) 15 Was ist, wenn keine Norm existiert? CIGRE Empfehlungen gelten als Vorläufer kommender Normen z.b.: Kunststoffkabel für Gleichspannung CIGRE Technical Brochure (TB) No. 496, April 2012 [Quelle: ABB: 16 8

9 Was ist ein Kabel? Volt: 1kV NAYY-J 18 9

10 10000 Volt: 10kV NA2XS2Y - Kunststoffkabel kV 2XKLDE2Y VPE-Kabel 20 10

11 Typischer Aufbau Kabel Hoch/Höchstspannung kV DC-Seekabel Lange Übertragungsstrecken Hohe Übertragungsleistungen Kunststoffisoliert jetzt auch bis ca. 500kV 22 11

12 Das Kabel ist eigentlich nicht das Problem Endverschlüsse als SCHNITTSTELLE (Handarbeit fehleranfällig) zwischen Kabel und Schaltanlage/Trafo 23 Das Kabel ist eigentlich nicht das Problem Muffen als SCHNITTSTELLE (Handarbeit fehleranfällig) zwischen Kabeln Verlegearten Tunnel (zugänglich) Directly burried (vergraben) Muffengrube zugänglich 24 12

13 Das Kabel ist eigentlich nicht das Problem 25 Eigentlich? Electrical Treeing, Teilentladungen 26 13

14 DC statt AC: Gleichspannung auf dem Vormarsch DC XLPE-Kabel für +/- 525kV verfügbar! Garniturentechnologie verfügbar Keine Betriebserfahrung für 525kV Viele Referenzprojekte für 320kV 27 AC-DC Wo liegt der Unterschied? Beherrschung der Spannung im Kabel (Feldstärke) Klassisch, AC Feldstärke maximal am Innenleiter Gleichspannung DC Feldstärke maximal am Innenleiter Nach einigen Minuten Feldstärke maximal am Außenleiter 28 14

15 DC-Kabel im Vergleich Entwicklungstrend mm^2 Al +/- 525kV MW 29 DC-Kabel sind leistungsfähig: ca. 2 Gigawatt pro Paar! [Quelle: ABB] 30 15

16 Kein Skin-Effekt bei DC! Bei DC wird das ganze Kabel genutzt, nicht nur der Rand (Skin-Effekt) 31 Optimale Isolationskoordination bei DC! Die Isolierfähigkeit wird bei DC zu 100% ausgenutzt, bei AC nur teilweise 32 16

17 Alternative zu klassischen Erdkabeln? Kabel mit Extras Supraleiter Rohrleiter 33 Kabel Lübeck Bad Schwartau, 245-kV VPE Besonderheit: Stahlrohr zur Reduzierung der Magnetfeldbelastung 34 17

18 HTSL-Kabel Nexans, USA, Holbrook Substation, Leiter der 2. Generation, 2012 (2008) Länge des Kabels: 600 m Spannungsebene: 138 kv Nennstrom: 2400 A 35 HTSL-Kabel: AmpaCity Brauchen wir noch Hochspannung? Aus 110kV wurden 10kV 40MVA, 2310A [Quelle: RWE] 36 18

19 400kV GIL (Gas-Isolierte-Leitung) Isoliermedium SF6/N2-Gemisch Geringe dielektrische Verluste Geringere Ladeleistung Stromrückfluss im Außenleiter => Kaum äußeres Magnetfeld ERPROBUNGSSTADIUM! kV - GIL Flughafen Frankfurt,

20 400kV - GIL Pump-KW Limberg II, Kaprun, AT

21 Quellen Küchler: Hochspannungstechnik, Springer-Verlag, Berlin, 2009 Kuhnert/Wiznerowicz: Eigenschaften von Energiekabeln und deren Messung, EW Medien und Kongresse GmbH, Berlin, 2012 Kabelhandbuch, VWEW Energieverlag GmbH, Frankfurt 2007 Vogelsang: Application guide for high voltage accessories, Brugg Cables, 2012 Technical user guide of high-voltage XLPE cable systems, Brugg Cables NKT, Promo.Material ABB, Promo.Material VDE DKE, Infomaterial 50Hertz, Infomaterial 41 21

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