Erdkabel

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Zwei Telefon-Hauptkabel mit 1200 und 2000 Doppeladern
10-kV-Erdkabel (Hochspannungskabel)

Ein Erdkabel ist ein im Erdboden verlegtes Strom- oder Nachrichtenkabel mit einer besonders robusten Isolierung nach außen (Kabelmantel), die eine Zerstörung derselben durch chemische Einflüsse im Erdreich bzw. im Boden lebender Kleintiere (Nagetiere) verhindert.

Allgemeines[Bearbeiten]

Zum mechanischen Schutz werden Erdkabel im Erdboden zusätzlich in einer Sandschicht verlegt, damit scharfkantige Steine bei Belastung des Bodens (z. B. durch Vibration von nahem Schienen- oder Straßenverkehr) keine Beschädigung des Kabels verursachen können. Erdkabel für Spannungen unter 100 kV können in mehrpoliger Ausführung hergestellt werden, für höhere Spannungen werden einpolige Ausführungen (Einleiterkabel) verwendet.

Für Spannungen bis 200 kV werden heute überwiegend Kunststoffkabel verwendet, für Spannungen darüber auch noch Kabel mit einer Isolation aus ölimprägniertem Elektroisolierpapier.

Leitungen mit Spannungen unter 100 kV werden heute in Deutschland in neu angelegten Wohn- oder Industriegebieten grundsätzlich als Erdkabel ausgeführt. Auch in vielen Wohngebieten sind die Stromleitungen zur Versorgung der Häuser als Erdkabel ausgeführt.

Erdkabel für Spannungen kleiner 1 kV werden in der Regel in einer Tiefe von 60 cm (im Straßenbereich 80 cm) verlegt. Als Stech- und Grabschutz kommen neben Trassenwarnband auch Kunststoffplatten (Kabelabdeckhauben- oder platten) zum Einsatz.

Verlegung[Bearbeiten]

Erdkabel werden zum Schutz vor Beschädigung sowie durch Frost 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. Moderne 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.

Bewertungen[Bearbeiten]

Vorteile[Bearbeiten]

Erdkabel besitzen gegenüber Freileitungen einige Vorteile. Sie sind gegen Beschädigungen, unter anderem durch Witterungsunbilden wie Sturm, Hagel und Blitze hervorragend geschützt. Außerdem ist bei niedrigen Spannungen (unter 110 kV) ihre elektromagnetische Verträglichkeit besser. Erdkabel stören das Landschaftsbild weniger als Freileitungen. Außerdem gefährden sie im Gegensatz zu Freileitungen Vögel nicht.

Nachteile[Bearbeiten]

Der wesentliche Nachteil aus elektrotechnischer Sicht ist der deutlich höhere Blindleistungsanteil welcher durch den kapazitiven Belag des Kabels bedingt ist, wenn die Energieübertragung mit Wechselstrom erfolgt. Die Kompensation dieses kapazitiven Belages kann teilweise an Leitungsenden durch Kompensationsspulen vermindert werden, allerdings treten abschnittsweise dabei hohe Blindströme auf, welche den Wirkungsgrad bei der Energieübertragung reduzieren. Aber auch damit ist die maximale Kabellänge auf etwa 50 km bis 70 km begrenzt. Rekordhalter ist das Seekabel Isle of Man – England, mit einer Länge von 105 km das längste mit Dreiphasenwechselstrom betriebene Seekabel weltweit.[1]

Erdkabel stellen aufgrund des sie umgebenden Erdreichs eine enorme kapazitive Last dar. So weist die 400-kV-VPE-Diagonale Berlin mit einer Kabellänge von ca. 11,5 km eine Kapazität von ca. 2,2 μF auf. (London 400-kV-VPE: 20 km, 4,4 μF; Augsburg 110-kV-VPE: ca. 3,8 km, ca. 0,7 µF). In der 380-kV-Transversale Berlin muss ein Blindstrom von 277 A für das Erdkabel aufgebracht werden, das entspricht über 10 % des maximal möglichen Betriebsstromes und einer Blindleistung von 110 MVar. Für weitere Entfernungen geht man aus diesem Grund sowohl bei Seekabeln als auch bei am Land verlegten Kabeln zur aufwändigen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung über.

Spezielle Nachteile von Hochspannungskabeln[Bearbeiten]

Erdverlegung von Hochspannungskabeln für 110 kV

Ein weiterer Nachteil sind die, zumindest bei Hochspannungskabeln, deutlich höheren Kosten. Bei Erdverlegung (ohne Tunnelbau o. ä.) rechnet man mit Kosten, die einem Mehrfachen der Kosten einer Freileitung der gleichen Spannungsebene entsprechen. In einer ausführlichen Studie[2] wurde der Faktor 6,9 ermittelt.

Während Freileitungen durch optische Kontrolle überprüft werden können, ist dies bei Erdverlegung nicht möglich. Beschädigungen können oft nicht rechtzeitig erkannt werden. Schäden am Erdkabel, Kabelmuffen oder Kabelendverschluss haben oft auch eine Schädigung der Umgebung zur Folge: Teile eines Kabelendverschlusses können auseinander fliegen, explodierende Muffen können bombentrichterartige Schäden an der Landschaft hervorrufen. Kommt es zu einem Schaden oder Fehler, so ist auch die Behebung des Schadens langwieriger und teurer. Aus diesem Grund müssen regelmäßige, aufwändige Überprüfungen beispielsweise der Teilentladung durchgeführt werden.

Im Hochspannungsbereich ist die magnetische Feldverteilung von Erdkabeln eher negativer als bei Freileitungen zu sehen. Die Stärke der über dem Erdboden auftretenden Magnetfelder hängt vor allem von der Leiterführung ab. Für Spannungen bis zu 110 kV gibt es Erdkabel, deren einzelne Leiter in nahem Abstand geführt werden, so dass die Magnetfelder nicht weit reichen. Bei den höheren Spannungen wie 220 kV und 380 kV liegen die drei Leiter in getrennten Röhren in einem Abstand von je ca. 70 cm in einer Tiefe von 2,5 m bis 3,7 m unter der Erdoberfläche. Bei diesen Abständen und ohne Verdrillung der Einzelleiter kompensieren sich die einzelnen magnetischen Flussdichten weniger und es können an der Erdoberfläche größere magnetische Flussdichten auftreten als unter Hochspannungsfreileitungen.

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.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. The Longest AC Subsea Cable in the World, Manx Electricity Authority, Abgerufen am 22. Oktober 2008
  2. Trassenstudie Salzburg - Tauern
  3. Methoden der klassischen Kabelfehlerortung in Verbindung mit modernen Reflexionsmessverfahren
  4. Kabelfehlerortung.pdf