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

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]

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 6,9 ermittelt.[2]

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.[3][4] 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.

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.[5] 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. Trassenstudie Salzburg - Tauern
  3. Methoden der klassischen Kabelfehlerortung in Verbindung mit modernen Reflexionsmessverfahren
  4. Kabelfehlerortung.pdf
  5. Patent US296185: Electrical Conductor and Connecting Deviue therefor. Veröffentlicht am 1. April 1884, Erfinder: John Kruesi.