prof. dr.-ing. kay rethmeier fachdialog „see-und erdkabel“

Prof. Rethmeier, PDF zur Infoveranstaltung Scharbeutz 380kV-Kabel

08.06.2015

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Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 07.06.2015

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Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier

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

Scharbeutz, 2015-06-08


� 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

Zur Person ...

� 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

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� Mitglied CIRED, VDI, VDE, stellv. Leiter Projektgruppe „Kabelprüfung“ im FNN


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Kurzfassung

Es geht auch OHNE Freileitungen !

Ausgewählte Beispiele:

• Irland 1865

• Berlin 2000

• London 2005 / 2011

• Köln 2014


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Kabel – nichts Neues!

• ... Neulich in Irland...


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Kabel Berlin (Diagonale fertiggestellt in 2000)• 11,9km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE) von ABB und SIEMENS

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[Quelle: 50Hertz: http://www.50hertz.com/Portals/3/Content/Dokumente/Netzausbau/380-kV-Kabeldiagonale%20Berlin/380-kV-Diagonalverbindung.pdf]


Kabel Berlin (Diagonale fertiggestellt in 2000)• 11,9km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE)

von ABB und SIEMENS

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[Quelle: 50Hertz: http://www.50hertz.com/Portals/3/Content/Dokumente/Netzausbau/380-kV-Kabeldiagonale%20Berlin/380-kV-Diagonalverbindung.pdf]


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Kabel London St. John‘s - Elstreet (2005)• 20km 400-kV in Kunststoffisolierung (VPE), SÜDKABEL

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

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

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Kabel London Beddington-Rowdown (2011)• 400-kV Kabelprüfung

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Kabel Köln / Niehl 3 (2014)• 9km 400-kV Kabel (VPE), längste 400kV-XLPE-Strecke Deutschlands (NKT)

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[Quelle: Rheinenergie: http://www.rheinenergie.com/de/unternehmensportal/presse/presseinformationen/presseinformationen_34115.php]


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Normung – „Anerkannte Regeln der Technik“• Deutschland: DIN + VDE = DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik), ab Okt. 1970

– Rechtgrundlage: Normenvertrag mit der Bundesregierung 05. Juni 1975

• International: IEC (ANSI, IEEE, CENELEC, ETSI, CISPR, ISO, ITU,…)

[Quelle: VDE DKE]


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Normen in der Rechtsordnung

[Quelle: VDE DKE]


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Kabelnormen

• HD 620 (7,2kV to 36kV)

• IEC 60840 (30kV to 150kV)

• IEC 62067 (150kV to 500kV)

= DIN IEC 62067 VDE 0276-2067:2013-08

Starkstromkabel mit extrudierter Isolierung und ihr e Garnituren für Nennspannungen über 150 kV (Um = 170 kV) bis einschließlich 500 kV (Um = 550 kV)Prüfverfahren und Anforderungen

– IEC 60885

– …


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Kabelprüfungen als Nachweis der Qualität

• Überblick “Kabelprüfungen” (Hochspannung)


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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: http://new.abb.com/docs/librariesprovider138/default-document-library/hannover-messe-2015/whitepaper-525kv.pdf?sfvrsn=4]


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Was ist ein Kabel?


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1000 Volt: 1kV – NAYY-J


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10000 Volt: 10kV NA2XS2Y - Kunststoffkabel


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500kV – 2XKLDE2Y – VPE-Kabel


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Typischer Aufbau Kabel Hoch/Höchstspannung


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450kV – DC-Seekabel

• Lange Übertragungsstrecken

• Hohe Übertragungsleistungen

• Kunststoffisoliert jetzt auch bis ca. 500kV


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Das Kabel ist eigentlich nicht das Problem…

Endverschlüsse als SCHNITTSTELLE (Handarbeit fehleranfällig) zwischen Kabel und Schaltanlage/Trafo


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Verlegearten

• Tunnel (zugänglich)

• Directly burried (vergraben)

• Muffengrube zugänglich

Muffen als SCHNITTSTELLE (Handarbeit fehleranfällig) zwischen Kabeln


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Eigentlich? Electrical Treeing, Teilentladungen


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DC statt AC: Gleichspannung auf dem Vormarsch• DC XLPE-Kabel für +/- 525kV verfügbar!

• Garniturentechnologie verfügbar

• Keine Betriebserfahrung für 525kV

• Viele Referenzprojekte für 320kV

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AC-DC Wo liegt der Unterschied?

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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


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DC-Kabel im VergleichEntwicklungstrend

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2014

2000mm^2 Al

+/- 525kV

2.050 MW


DC-Kabel sind leistungsfähig: ca. 2 Gigawatt pro Paar!

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[Quelle: ABB]


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Kein Skin-Effekt bei DC!• Bei DC wird das ganze Kabel genutzt, nicht nur der Rand (Skin-Effekt)

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Optimale Isolationskoordination bei DC!• Die Isolierfähigkeit wird bei DC zu 100% ausgenutzt, bei AC nur teilweise

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Alternative zu „klassischen“ Erdkabeln?• Kabel mit „Extras“

• Supraleiter

• Rohrleiter

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Kabel Lübeck – Bad Schwartau, 245-kV VPE• Besonderheit: Stahlrohr zur Reduzierung der Magnetfeldbelastung

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HTSL-Kabel• Nexans, USA, Holbrook Substation, Leiter der 2. Generation, 2012 (2008)

• Länge des Kabels: 600 m

• Spannungsebene: 138 kV

• Nennstrom: 2400 A


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HTSL-Kabel: AmpaCity – Brauchen wir noch „Hochspannung“?

• Aus 110kV wurden 10kV

• 40MVA, 2310A

[Quelle: RWE]


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400kV – GIL (Gas-Isolierte-Leitung)

• Isoliermedium SF6/N2-Gemisch

• Geringe dielektrische Verluste

• Geringere Ladeleistung

• Stromrückfluss im Außenleiter => Kaum äußeres Magnetfeld

• ERPROBUNGSSTADIUM!


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400kV - GIL

• Flughafen Frankfurt, 2010


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


www.rethmeier.info/scharbeutz


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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

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