Erdkabel

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Ein Erdkabel ist ein im Erdboden verlegtes elektrisch genutztes Kabel mit einer besonders robusten Isolierung nach außen, dem Kabelmantel, der eine Zerstörung derselben durch chemische Einflüsse im Erdreich bzw. im Boden lebender Kleintiere (Nagetiere) verhindert.

Erdkabel besitzen gegenüber Freileitungen einige Vorteile. Sie sind gegen Beschädigungen, unter anderem durch Witterung, geschützt. Erdkabel stören das Landschaftsbild optisch nicht. Nachteilig sind der höhere Wartungswaufwand bei Störungen und deren Lokalisierung, welche beispielsweise durch Bauarbeiten und unbeabsichtigte Beschädigungen von verlegten Erdkabeln erfolgen. Bei energietechnischen Anwendungen im Hochspannungsbereich sind im Vergleich zu Freileitungen die größeren Übertragungsverluste und die damit verbundenen höheren Kosten ein Nachteil.

Verlegung[Bearbeiten]

Erdkabel werden zum Schutz vor Beschädigung in sicherer Tiefe verlegt. Das Verlegen geschieht im offenen Gelände rationell durch einen Kabelpflug, bei Fels und im bebauten Gebiet hingegen in einer vorher geöffneten Künette. Weitere Verlegeverfahren sind auch gesteuerte Horizontalbohrungen, etwa zur Unterquerung einer Straße, deren Fahrbahn dadurch unangetastet bleibt, oder eines kleinen Bachs. Größere Gewässer können mit einem Düker unterquert werden.

Zum mechanischen Schutz werden Erdkabel in einer das Kabel umgebenden Sandschicht verlegt, damit scharfkantige Steine bei Belastung des Bodens, z. B. durch Vibration von nahem Schienen- oder Straßenverkehr, keine Beschädigung verursachen können. Für Spannungen kleiner 1 kV werden Erdkabel in der Regel in einer Tiefe von 60 cm, im Straßenbereich 80 cm, verlegt. Als Stech- und Grabschutz kommen neben Trassenwarnband auch Kunststoffplatten als Kabelabdeckhauben- oder platten zum Einsatz. Bei höheren Spannungen sind größere Verlegetiefen üblich. Beispielsweise bei Höchstspannungsleitungen mit 400 kV sind Tiefen von 2,5 m bis 3,7 m unter der Erdoberfläche üblich, oder die Verlegung der Kabel erfolgt in einen eigens dafür realisierten Tunnel bzw. Rohrsystem welches neben der leichteren Wartung auch der Kühlung dient.

Typen[Bearbeiten]

Es gibt verschiedene Arten von Erdkabeln, welche sich primär nach dem Einsatzzweck und Anwendungsbereich richten

Energietechnik[Bearbeiten]

Erdverlegung von Hochspannungskabeln für 110 kV
Oberflächentemperatur und Wärmeemission eines 400 kV-Erdkabels mit Papierisolation

Elektrische Leitungen im Bereich von Niederspannungsnetzen bei Spannungen unter 1 kV und Mittelspannungsnetzen bei Spannungen unter 70 kV werden in Europa und im Bereich von Wohn- oder Industriegebieten üblicherweise als Erdkabel ausgeführt. In ländlichen Regionen und bei älteren Installation sind aufgrund der geringeren Kosten auch Freileitungen üblich.

In der elektrischen Energietechnik sind Erdkabel bei Hochspannung als Hochspannungskabel ausgeführt. Für elektrische Spannungen unter 100 kV können diese in mehrpoliger Ausführung hergestellt werden, für höhere Spannungen werden einpolige Ausführungen (Einleiterkabel) verwendet. Für die Anzahl an Leitern, beispielsweise bei Dreiphasenwechselstrom ist dann die parallele Verlegung von drei Einleiterkabeln notwendig.

Erdkabel im Höchstspannungsbereich mit Betriebsspannungen über 200 kV weisen höhere Übertragungsverluste im Vergleich zu den einfacheren und betriebsicheren Freileitungen auf. Die höheren Verluste sind durch die vergleichsweise hohe natürliche Leistung und den damit verbundenen höhere Blindleistungbedarf des Kabelsystem und die dafür notwendigen Kompensationseinrichtungen begründet. Die thermischen Übertragungsverluste werden bei größeren Erdkabelsystemen auch durch zusätzliche indirekte Kühleinrichtungen, beispielsweise parallel verlegte und den Kabelmantel umgebende Wasserrohre, oder bei geringeren Verlusten durch Zwangsbelüftung, abgeführt. Ein Beispiel eines solchen Kabelsystems stellt die 380-kV-Transversale Berlin dar.[1]

Auch die Wartung und Fehlersuche ist bei Erdkabeln aufwändiger: Während bei Freileitungen durch periodische optische Kontrollgänge und optische Geräte wie Koronakameras überprüft werden können, ist dies bei Erdverlegung nicht möglich. Beschädigungen können so bei Erdkabeln oft nicht rechtzeitig vor dem Ausfall erkannt werden. Schäden am Erdkabel, Kabelmuffen oder Kabelendverschluss haben oft auch eine Schädigung der Umgebung zur Folge. Auch ist die Behebung des Schadens langwieriger und teurer. Aus diesem Grund müssen bei Kabelanlagen regelmäßige, aufwändige Überprüfungen, beispielsweise der Teilentladung, durchgeführt werden.

Nachrichtentechnik[Bearbeiten]

Zwei Telefon-Hauptkabel mit 1200 und 2000 Doppeladern für die Erdkabelverlegung

Fernmeldekabel werden zur Herstellung von Festnetzanschlüssen im Telefoniebereich oder Digital Subscriber Line (DSL) eingesetzt. Typisch sind dabei in einen Kabel eine große Anzahl von über 1000 einzelnen Kabeladern.

Fehlersuche[Bearbeiten]

Das Ziel der Störquellenortung ist es, Kabelbrüche oder Kabelquetschungen festzustellen und deren Lage zu orten.[2][3] Hierbei macht man sich die Eigenschaft der Zeitbereichsreflektometrie zu nutze, jede Änderung im Medium zu erkennen. Damit kann man das Kabelende, einen Kabelbruch oder Kurzschluss zwischen Innen- und Außenleiter lokalisieren.

Kosten[Bearbeiten]

Energietechnik[Bearbeiten]

Erdkabel im Höchstspannungsbereich weisen auch höhere Initial- und Betriebskosten als vergleichbare Freileitungen auf. In der Studie über die 380-kV-Salzburgleitung wurde für den Leitungsabschnitt Salzburg - Tauern eine Kostensteigerung durch Verwendung von Erdkabeln gegenüber einer Freileitung um den Faktor 6,2 ermittelt. Die Länge der zu errichtenden Leitung beträgt 106 (bzw. 108) km. Die Freileitung hätte zum Zeitpunkt der Studie 2007 ca. 190 Mio. € gekostet, eine Vollverkabelung dagegen ca. 1,176 Mrd. €.[4][5]

Der Übertragungsnetzbetreiber Amprion verlegt zur Zeit (Stand: Oktober 2014) in der Nähe des Dorfes Raesfeld das erste[6][7] 380-kV-Erdkabel Deutschlands auf einer Länge von 3,4[7][8] km. An den beiden Kabelübergabestationen mit einem Flächenbedarf von 60 mal 80 m wird die 380-kV-Leitung in die Erde überführt. In den 20 m breiten Kabelgraben (Breite der Baubedarfsfläche insgesamt 40 m) mit einer Tiefe von zwei Metern werden 14 Leerrohre (davon zwei für Datenleitungen)[8] verlegt. Laut Welt Online rechnet Amprion mit Kosten von 1,4 Mio. € pro Kilometer Freileitung, während die Verlegung des Kabels 8 Mio. € pro Kilometer kosten dürfte.[6] Laut Focus sollen die Gesamtkosten für die 3,4 km bei 30 Mio. € liegen.[7] Das BMU sah die Kosten von Erdkabel 2006 noch wesentlich optimistischer und vertrat die Auffassung: Die Gesamtkosten von Erdkabeln für die Hochspannungsebene mit 110 kV und die Höchstspannungsebene mit 220 kV liegen nicht wesentlich über denen von Freileitungen.[9]

Zur Ausfallrate von 380-kV-Kabeln liegen noch keine Daten vor. Die Reparaturdauer dürfte aber mit Sicherheit über der von Freileitungen liegen (Größenordnung Wochen statt Tage).[10][11] Da es mit 380-kV-Kabeln noch keine Langzeiterfahrungen gibt, kalkuliert man die Lebensdauer mit 40 Jahren (ausgehend von Erfahrungen mit 110-kV-Kabeln), während sie bei der Freileitung 80 Jahre und mehr beträgt.[12]

Geschichte[Bearbeiten]

Eines der ersten elektrischen Erdkabel um 1885 war das sogenannte Kruesi-Rohr. Es bestand aus einem Rohr in dem drei elektrische Leiter in Form von metallischen Stäben und mit spiralförmig umwickelter Isolation voneinander getrennt eingegossen wurden.[13] Es folgten Anfang des 20. jahrhunderts konstruktive Verbesserungen wie das bei Hochspannung eingesetzte Höchstädter-Kabel, das eine gleichmäßige Belastung durch die elektrische Feldstärke des Isolationsmaterials gewährleistete und störende Teilentladungen verminderte. Mitte des 20. Jahrhunderts kamen Ölkabel auf, welche in einer Druckleitung mit Öl Inhomogenitäten ausgleichen. Als Isolationsmaterial in heutigen Hochspannungskabeln für den Einsatz bis über 500 kV kommen Kunststoffe wie vernetztes Polyethylen (VPE, im Englischen als XLPE abgekürzt) zum Einsatz, welches bis ca. 120 °C temperaturbeständig ist und sich in homogenen Strukturen mittels Reinraumtechniken im Kabelaufbau anbringen lässt.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Andreas Küchler: Hochspannungstechnik: Grundlagen - Technologie - Anwendungen. 3. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78412-8.
  •  Ralf Butscher: Heikle Strippen. Landesweite Hochspannungs-Erdkabel sind pure Illusion. Bild der Wissenschaft, 9-2014, S. 86.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Die 380-kV-Diagonalverbindung in Berlin, Informationen zum Projekt. 50hertz, abgerufen am 5. Juli 2014.
  2. Methoden der klassischen Kabelfehlerortung in Verbindung mit modernen Reflexionsmessverfahren
  3. Kabelfehlerortung.pdf
  4. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. Oswald: 380-kV-Salzburgleitung Auswirkungen der möglichen (Teil)Verkabelung des Abschnittes Tauern-Salzach neu. Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Universität Hannover, 27. Dezember 2007, abgerufen am 8. Oktober 2014 (PDF 1,4 MB S.51, 65-66).
  5. Prof. Dr.-Ing. habil. B. R. Oswald: Optionen im Stromnetz für Hoch- und Höchstspannung: Freileitung/Erdkabel Drehstrom/Gleichstrom. Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik Universität Hannover, 9. Mai 2009, abgerufen am 8. Oktober 2014 (PDF 1,2 MB S.53).
  6. a b Daniel Wetzel: Hier entsteht die unsichtbare Stromautobahn. Welt Online, 29. September 2014, abgerufen am 8. Oktober 2014.
  7. a b c Warum Erdkabel eine schlechte Alternative sind. Focus, 3. Oktober 2014, abgerufen am 8. Oktober 2014.
  8. a b Jürgen Flauger: Eine Schneise durch die Landschaft. Handelsblatt, 29. September 2014, abgerufen am 8. Oktober 2014.
  9. Netzausbau durch Freileitungen und Erdkabel. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, September 2006, abgerufen am 8. Oktober 2014 (PDF 104 KB S.2).
  10. Oswald, 380-kV-Salzburgleitung, S.28
  11. Oswald, Optionen im Stromnetz, S.40
  12. Oswald, 380-kV-Salzburgleitung, S.26
  13. Patent US296185: Electrical Conductor and Connecting Deviue therefor. Veröffentlicht am 1. April 1884, Erfinder: John Kruesi.