Ölkabel

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Ölkabel sind eine spezielle Bauform von Hochspannungskabeln und werden im Betrieb im Inneren mit dünnflüssigem Mineralöl auf Druck beaufschlagt. Sie werden seit den 1930er Jahren in der elektrischen Energietechnik für Betriebsspannungen von 100 kV bis 500 kV als Erdkabel eingesetzt, primär in städtischen Bereichen wie beispielsweise bei der 380-kV-Transversale Berlin und der 380-kV-Transversale Wien.[1][2] Erste Entwicklungen und Installationen von Ölkabeln gehen auf folgende wesentliche Technologien zurück[3]:

  • Borel, 1879: feuchtigkeitsdichter Abschluss durch nahtlosen Bleimantel,
  • Ferranti, 1880: mehrschichtig gewickelte Papierisolierung als Dielektrikum,
  • Höchstädter, 1913: metallisiertes Papier als äußere Feldbegrenzung,
  • Emanueli, 1917: Imprägnierung mit dünnflüssigem Öl unter Druckbeaufschlagung im Betrieb.

Aufbau

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Schnitt durch den Kabelendverschluss eines Ölkabels (Einleiter) für 220 kV

Das Öl hat primär die Aufgabe, Inhomogenitäten in der elektrischen Isolation zwischen Innenleiter und dem metallischen äußeren Schirm auszugleichen. Die Isolation ist in Form von ölgetränktem Papier ausgeführt. Ohne diesen Ausgleich käme es durch die ungleichmäßige Ausführung der Papierschichten, in Kombination mit kleinen Schmutz- oder Lufteinschlüssen, zu Überhöhungen der elektrischen Feldstärke mit Teilentladungen und in Folge zu Durchschlägen, welche das Kabel zerstören würden.

An den Kabelendstellen befinden sich, neben den entsprechen elektrischen Einrichtungen, Druckregeleinrichtungen für das Öl, welche einen konstanten Öldruck im Kabelinneren über die gesamte Strecke gewährleisten. Bei Druckabfall, beispielsweise durch Kabelschäden, muss die Leitung unmittelbar abgeschaltet werden.

Zur Vermeidung der aufwändigen Ölregeleinrichtung, womit auch der Aufwand verbunden ist, Öl bei Leckage nicht in das Erdreich und Grundwasser gelangen zu lassen, werden seit den 1990er Jahren erdverlegte Hochspannungskabel zunehmend ohne Öl mit vernetztem Polyethylen (VPE, im Englischen als XLPE abgekürzt) als Isolationsmaterial aufgebaut. VPE-Hochspannungskabel sind technisch aufwändiger herzustellen, weil zur Vermeidung von Störstellen im Isolationsmaterial die Kabelproduktion unter Reinraumbedingungen erfolgen muss.

Es gibt zwei primäre Arten von Ölkabeln:

  1. Niederdruck-Ölkabel sind mit einer Papierisolation aufgebaut, welche bei der Herstellung mit sehr dünnflüssigem Öl getränkt wird. Diese Kabel sind als Ein- oder Mehrleiterkabel mit einem äußeren Blei- oder Aluminiummantel, Druckumhüllung und Schutzumhüllung gegen mechanische Einwirkung ausgestattet. Das dünnflüssige Öl wird im Betrieb in das Innere des Kabels an den Kabelendstellen aus Druckausgleichsgefäßen mit einem Druck von 0,5 bis 3,5 bar zugeführt, um so den Öldruck im Kabelinneren über den vollen Umgebungs- und Betriebstemperaturbereich innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten. Üblicherweise ist hierfür bei einadrigen Kabeln der Leiter hohl ausgeführt, während bei zwei- oder dreiadrigen Kabeln die Zwickel zwischen den Adern als Ölkanal dienen.
  2. Hochdruck-Ölkabel sind ebenfalls mit einer in sehr dünnflüssigem Öl getränkten Papierisolation ausgeführt, allerdings werden für Dreiphasenwechselstrom drei Leiter mit der Isolierung und äußeren elektrischen Schirmung gemeinsam in einem äußeren Stahlrohr untergebracht. Dieses Stahlrohr wird nach der Verlegung im Erdreich von den Kabelendstellen her unter einem Öldruck von etwa 15 bar gehalten.

Für größere Übertragungsleistungen kann die Abwärme des Kabels nicht mehr durch das umgebende Erdreich alleine aufgenommen werden, es würde zu einer unzulässig hohen Temperatur des Kabels kommen. In diesen Fällen werden Ölkabel durch eine zusätzliche äußere Wasserkühlung ergänzt. Das Öl dient dabei auch dazu, um Abwärme vom stromdurchflossenen Innenleiter in den Außenbereich zu bringen. Der Wasserkühlkreislauf wird zwischen den Kabelendstellen installiert; die Abstände zwischen zwei Kabelendstellen betragen einige wenige Kilometer, für längere Strecken sind mehrere einzelne Kabelabschnitte vorzusehen.

Literatur

  • Dietrich Oeding, Bernd Rüdiger Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze. 7. Auflage. Springer, 2011, ISBN 978-3-642-19245-6.
  • Egon Peschke, Rainer v. Olshausen: Kabelanlagen für Hoch- und Höchstspannung. Publicis MCD Verlag, 1998, ISBN 3-89578-057-X.

Einzelnachweise

  1. ↑ 380-kV-Übertragungssystem in Wien., Sonderheft der Österreichischen Zeitschrift für die Elektrizitätswirtschaft, Nr. 1779, Heft 9/10
  2. ↑ L. Hänisch, D. Hecklau, R. Schroth.: Errichtung des 380-kV-Hochleistungskabelsystems in Berlin für den Verbundanschluss der BEWAG. Heft 12. Elektrizitätswirtschaft, 1995, Seiten 680 bis 686
  3. ↑ Egon Peschke, Rainer v. Olshausen: Kabelanlagen für Hoch- und Höchstspannung. Publicis MCD Verlag, 1998, ISBN 3-89578-057-X, S. 20.
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