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1
HuH-Kabel
Ein Vergleich unterschiedlicher
Kabeltechnologien
Heiner Brakelmann
BCC Cable Consulting
Forum NuN, Frankfurt, 08. Mai 2015, 08:30
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2
Zielsetzung:
HVAC-Teilverkabelungen mit
verbesserten Eigenschaften
heute keine:
Stromautobahnen (mit Polymerbeton-Isolierung)
Strom-Super-Highways (mit SF6/N2-Isolierung)
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Freileitungen (OHL)
klassische Lösung für den Netzausbau
für alle Spannungsebenen verfügbar
lange Erfahrung mit Errichtung und Unterhalt
geringe Investitionskosten
aber:
Beeinflussung des Landschaftsbildes
elektrische und magnetische Felder
geringe Akzeptanz
Verzögerungen in Genehmigungsverfahren
Unterirdische HuH-Kabel (UGC)
klassische Lösung für städtischen Netzausbau
und für Teilverkabelungen
> 20 Jahre Erfahrung mit XLPE-Kabeln ≥ 380kV
verfügbar bis 500 kV
höhere Akzeptanz
aber:
reduzierte Verfügbarkeit
magnetische Felder und thermische Einflüsse
signifikante Tiefbauarbeiten und Korridore
weniger Erfahrungen im Vergleich zur OHL
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4
Trassenbeispiele
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PowerTubes-Prinzipien (HVAC + HVDC)
• Erhöhte Verfügbarkeit durch Reservekabel und Umschaltmöglichkeiten
• umweltfreundliche Baumethoden
• Reduktionsmaßnahmen für magnetische und thermische Felder
• Zugänglichkeit bzw. leichte Reparierbarkeit und Austauschbarkeit
• geringe Landinanspruchnahme; kleine Übergangsbereiche
• günstige Trassenführung; Nutzen von Infrastrukturen
• Erleichterung der Genehmigungsverfahren
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Nichtverfügbarkeiten von 380-kV-Systemen (mit externen
Einwirkungen) 1 System OHL; 2 Systeme UGC mit 0/1 Reservekabel (RA)
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Quelle: Dupré-Bau, Speyer
offene Bauweise
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Vortriebslängen: > 1250 m
geschlossenes Bohrverfahren
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9
Kosten: 30 % ?
bis zu 800 m/Tag
keine Wasserhaltung
Kosten: 50…70 %
bis zu 100 m/Tag S&P Consult
halboffene Bohrverfahren
PipeExpress Herrenknecht
Anwendung:
PowerTubes im Stahlrohr
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Legetiefe 1,5 m; a =
350 mm; I = 2.250 A
Anwendung:
PowerTubes
im Stahlrohr
mit Kühlung:
3500…5500 A
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PowerTubes im Leitungsgang:
in Al-Rohren
I = 2x3600 A
A, CH: B < 500 mT
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PowerTubes im Leitungsgang:
mit schaltbaren Kompensationsleitern
und Kapselung im Muffenbereich
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PowerTubes im Leitungsgang: Maximale magnetische Induktion (I = 2x3.600 A) im Durchgang von 1,0 m
mit und ohne Kompensationsleiter, als Funktion des Fehlerfalls (1…6) und der
Phasenfolge: blau: 1-6/1-6; gelb: 1-1/1-1; rot: 1-3/1-3 „1“ = L1-L2-L3; „6“ = L3-L2-L1; „3“ = L2-L3-L1
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Leiter-Erde-Spannungen beim Wiedereinschalten
Schirmspannungen beim einpoligen Erdschluss
Schirmspannungen beim Wiedereinschalten
14 Kabel mit Kompensationsleitern:
42 el.magnetisch verkoppelte Leiter
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Übergangsfeld für 4 Kabelsysteme mit zwei Reservekabeln Flächenbedarf etwa 1600 m2 ; KEV = Kabelendverschluss; ÜA = Überspannungsableiter;
KW = Kombiwandler ; SS = Sammelschiene; RA Reservekabel
rechts: Südring Amsterdam (ohne Reservekabel)
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Übergangsfeld mit Trennschaltern (hier für 1 Kabel-Doppelsystem mit RA)
rechts unten: Seitenansicht bei gekapselter Ausführung
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17
Kosten
(Kosten???)
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Vollkostenvergleich Normaltrasse (NT)
und PowerTubes-Ausführung
LG = Leitungsgang (3,0 m)
ISK = zweizügiger Infrastrukturkanal
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„Schutz einer Landschaft von
„nur“ mittlerer Bedeutung“
Beispiel 1: Riniken
Trassee/Bilder: Bereich Gäbihügel
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20
Einflussfaktoren bei
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
2er-Bündel 2x635 Al; Umwegfaktor 1,37
p = 3,75 %; t =1,7 %; 0,0633 €/kWh
reduzierter
Verlust-Mittelwert
3er-Bündel 3x635 Al;
Umwegfaktor 1,0
2er-Bündel 2x635 Al;
Umwegfaktor 1,37
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21
2 statt 4 Kabelsysteme (+ 1 RA)
Lieferlängen > 1000 m statt < 500 m
keine Muffen
Zweierbündel 2x635 (hohe Verluste)
Umwegfaktor 1,37
2*1920 A
niedriger interner Zinsfuss p = 3,75 %
Inflationsrate 1,7 %/ 3,5 %
niedrigere Tunnelkosten
niedrigere Kabelkosten
„Kostenfaktor 15“
Investitionskosten-
faktor 5,7…6,8
Vollkostenfaktor 0,9…1,8
Kenngrössen der Vorstudien
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Abweichungen der aktuellen Trasse gegenüber der „Gerichtstrasse“:
1. Anhebung des Höchststroms von 2x1.920 A auf 2x2.530 A
Folge: Vier statt zwei Kabelsysteme
2. Senkung der Strom-Mittelwerte von 2x1000 A (52,1 %; kA = 27 %) bzw. 2x850 A (44,3 %)
auf 800 A/500 A (31,6 %/19,8 %; kA = 10 %/4 %)
Folge: Minderung der Verlustmittelwerte und Verlustkosten um > 60 %
3. Südliches Übergangsfeld verlagert
Folge: Trassenverlängerung um rd. 30 % und Bohrungsbereich unter SBB
4. Anschlussabschnitte der Freileitung mit berücksichtigt
5. Mindest-Legetiefe von auf 1,2 m vergrößert
6. Belastungsgrad m < 1,0
7. Keine Re-Investitionen bei der OHL nach 40 a; bei den Kabeln: Metall-Restwerte berücksichtigt
a) aktuelle Trasse (1.120 m+HDD) mit 800 A/500 A: VKF 2,34
b) aktuelle Trasse mit 850 A/850 A: VKF 1,74
c) „Gerichtstrasse“ (950 m) mit 850 A/850 A: VKF 1,13
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Beispiel 2:
Gommerleitung
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offener Graben:
phase splitting-Anordnung
NISV:
IGW = 100 mT
AGW =1 mT
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PowerTubes im Leitungsgang:
mit schaltbaren Kompensationsleitern
Vorhandener Wasserstollen (l = 3 km)
(Kompensationsleiter nicht eingezeichnet)
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Querung des Binnatals
mit Fussgängerbrücke
Schirmung mit obenliegender Al-Platte
oder mit Stahlkasten
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5,6
5,8
3,9 2,9
4,2
4,3
bei 90 km OHL + 10 km Kabel:
VKF : (90x4,8+10x18,7)/(100x4,8) = 1,3
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Treibhausgasemission kumulierterEnergieaufwand (KEA)
Ökologische Bewertung
aber: Freileitung hat noch Potential (Leiterseile) !
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R2
4,65 m
5,00 mhu
0,0 m 0,2 m 0,6 m 0,8 m
R1
1,00 m
- 0,50 m
R3
1,30 m
R4
4,30 m
2,00 m
? Fernheizleitung
Beseitigung thermischer Engpässe
durch eine Gravitationskühlung
Noch etwas Technik?
oder Schluss??
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0 2 4 6 8 10
20
40
60
80
100
120
140
160
hu
c 90°C
ohne Kühlung,
ohne FWQ
°C ohne Kühlung,
mit FWQ
mit Kühlung,
mit FWQ
mit Kühlung,
ohne FWQ
l = 50 m
l = 1000 m0l = 1000 m0
I = 3467 A; m = 0,80
Ertüchtigung thermischer Engpassbereiche
durch eine Gravitationskühlung
H. Brakelmann, V. Waschk
ew, 2015 H2, pp. 58-65
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Geplante Anlage in Kanada Dampfleitung (180°C)
MS-ductbank
220-kV-VPE-Kabel
220-kV-ductbank
A novel cooling solution for an intersection of a 2x2
duct bank with hv cables crossed by a steam pipe
H. Brakelmann, G. Anders, S. Cherukapalli
Jicable, Versailles, June 2015