Rolf Rüdiger Cichowski (Hrsg.) Kabelhandbuch 9. Auflage www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Wir setzen Maßstäbe bei der Prüfung, Diagnose und Fehlerortung an Energiekabeln. Technologieführend echn Te Diagnose und Fehler Wir setzen Maßstäbe bei der Prüfung, end echnologieführ ortung an Diagnose und Fehler Wir setzen Maßstäbe bei der Prüfung, end ortung an Wir setzen Maßstäbe bei der Prüfung, .megger www Entdecken Sie die W Energiekabeln. Diagnose und Fehler .de .megger elt der Megger Mess- und Prüftechnik: Entdecken Sie die W Energiekabeln. ortung an elt der Megger Mess- und Prüftechnik: www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 E KE KEE M AND AL C P EP CALM AND E B FA LL A C D CALL FABE ! R ER! IHR TOP-A FÜR KABEL & ANBIETER & LEITUNGEN FÜR KABEL & LEITUNGEN WWW.FABERKABEL.DE www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 u t t o ortungssystem ehler abelf K Automatisches on – titr Kabelfehlerortung und Dia auf dem neuesten Stand de  Komfortable Bedienung mit ei Benutzerführung  e T Leistungsstark Technik und höchster Sicherheitsstandard  Fernsteuerung per BAUR Remote App  Kompakte Version für agnose er Technik nfacher BAUR GmbH headoffice@baur.at · www.baur.eu  Kompakte Version für Einbau in kleine Fahrzeuge www.baur.eu/titron @ www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Wir bringen Energie zum Leben Bereits seit 1891 sind wir Vorreiter der Kabelindustrie, heute sind wir stolz auf unsere Kompetenz im Transport               Produktionsanlagen. Bei uns bekommen Sie die besten Lösungen für alle Spannungsebenen: für Gebäude bis hin zu Offshore-Windparks, mit hochwertigen Kabeln und Garnituren, als maßgeschneidertes Produkt oder schlüsselfertige Anlage. NKT is signatory of the Europacable Industry Charter: A commitment towards superior quality. ® The NKT logo is a registered trademark of NKT Group A/S. ©2017 NKT GmbH & Co. KG. Version [1.0] All rights reserved 05/2017 NKT GmbH & Co. KG Düsseldorfer Straße 400 Chempark 51061 Köln | Germany Tel: +49 221 676 0 info@nkt.com www.nkt.de www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kabelhandbuch www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kabelhandbuch Herausgegeben von Rolf Rüdiger Cichowski Bearbeitet von Mario Kliesch und Dr.-Ing. Frank Merschel 9. Auflage 2017 EW Medien und Kongresse GmbH Frankfurt am Main I Berlin www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Ratschläge und Empfehlungen dieses Buches oder die Nennung von Normen und Richtlinien wurden von Autoren und Verlag nach bestem Wissen und Gewissen erarbeitet und sorg- fältig geprüft. Dennoch kann eine Garantie nicht übernommen werden. Eine Haftung der Autoren, des Verlages oder seiner Beauftragten für Personen-, Sach- oder Vermögensschäden ist daher ausgeschlossen. 9. Auflage 2017 Herausgeber Rolf Rüdiger Cichowski Bearbeitung und federführende Autoren Mario Kliesch und Dr.-Ing. Frank Merschel © copyright EW Medien und Kongresse GmbH, Frankfurt am Main Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt vor allem für Vervielfältigungen in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrokopie oder ein anderes Verfahren). Übersetzungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Verlag EW Medien und Kongresse GmbH Kleyerstraße 88 60326 Frankfurt am Main Telefon 069.7104687-318 Telefax 069.7104687-359 E-Mailvertrieb@ew-online.de Internet www.ew-online.de ISBN 978-3-8022-1260-4 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Geleitwort Die 9. Auflage des Kabelhandbuches knüpft an eine langjährige Tradi- tion an. Viele Fachleute haben in den vergangenen Jahrzehnten ihre jeweiligen Kenntnisse aus den Hersteller-, Anwender- und Dienst - leistungsunternehmen, den Normungsgremien, Instituten und Hoch- schulen in dieses Werk einfließen lassen. Vor dem Hintergrund des Umbruches der Energiekonzepte in Europa z. B. der dezentralen Energieversorgung und Verlagerung der Erzeu- gungsschwerpunkte wird die Bedeutung der Kabeltechnik auch zukünf- tig stark zunehmen. Die neue Auflage bietet den Lesern mit den überarbeiteten Inhalten, den anschaulichen Bildern und Handlungsanweisungen eine ausführliche Informationsbasis zur Kabeltechnik. Als Sekretär des internationalen Kabelkomitees TC 20 und in enger Ver- bundenheit mit den DKE Komitees im Bereich des K 411 „Kabel und iso- lierte Leitungen“ wünsche ich dem Buch eine gute Verbreitung und allen Anwendern Hilfe und Unterstützung bei der täglichen Arbeit. Ich freue mich, dass die Autoren und der Verlag das Buch rechtzeitig zum Fach- kongress Netztechnik 2017 fertig stellen und veröffentlichen konnten. Helmut Myland Sekretär CENELEC/TC20 und IEC/TC20 Geschäftsführung ZVEI-Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V., Fachverband Kabel und isolierte Drähte Köln, im Sommer 2017 5 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Vorwort zur 9. Auflage Das Kabelhandbuch ist der „Klassiker der Kabeltechnik“ im Buchbereich des Verlages EW Medien und Kongresse. Das Buch gibt den Lesern eine gute Orientierung zu verschiedensten Techniken unmittelbar zum Kabel, sowie zu – Errichtung der Kabelanlage – Abschluss- und Verbindungstechnik – Ortung von Kabeln und Fehlerstellen – Diagnoseverfahren zur Zustandsbewertung – Arbeitssicherheit und dem Umweltschutz, der Qualitätssicherung – Instandhaltung – Wirtschaftlichkeit im alternativen Vergleich – Neue Technologien – Vorschriften und Normung Diese Themen können dem Leser wertvolle Unterstützung bieten. Tabellarische Darstellungen und anschauliche Fotos unterstützen dabei ergänzend die Texte. Das vorliegende Buch ist aus den „Technischen Richtlinien zur Kabel- legung“ entstanden, die im Jahr 1956 erstmals erschienen sind und da- nach jeweils weiterentwickelt und an den neuesten Stand der Technik angepasst wurden. Der Inhalt des Buches ist also nun mehr als ein halbes Jahrhundert hin- weg entstanden. Es haben immer wieder anerkannte Experten der Her- steller, der Netzbetreiber und Anwender der Technik, der Verbände, der Normungsgremien, der Forschungsinstitute, der Hochschulen, der Dienstleistungsunternehmen und auch eigenständige Autoren mit - gewirkt. Allen diesen Autoren sei an dieser Stelle ganz herzlich gedankt. Für die 9. Auflage wurden alle Kapitel dahingehend überarbeitet, dass den Lesern der jeweilige neueste Erkenntnisstand angeboten werden kann. An der 9. Auflage haben folgende Autoren mitgewirkt: – Prof. Dr.-Ing. Robert Bach – Prof. Dr.-Ing. Hossein Borsi – Prof. Dr.-Ing. Ernst Gockenbach 6 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Karl-Heinz Haimerl – Ingo Hecht – Mario Kliesch – Dr. Frank Merschel – Helmut Myland – Erik Platz – Werner Stengl – Stephan Schubert – Ulrich Strasse – Klaus Vaterrodt Diesen Autoren möchten wir danken für ihre wertvollen Hinweise, Tipps, Ergänzungen und den kompletten Überarbeitungen einzelner Kapitel. Außerdem danken wir allen, die an der Überarbeitung / Produktion des Buches mitgewirkt haben. Gern verweisen wir abschließend auf zwei weitere Bücher zum Thema Kabeltechnik, die ebenfalls im gleichen Verlag erschienen sind und den Lesern zusätzliche Hinweise geben werden: – Mario Kliesch / Dr. Frank Merschel: Starkstromkabelanlagen, 2. Auflage 2010 – Kuhnert / Wiznerowicz / Wanser: Eigenschaften von Energiekabeln und deren Messungen, 3. Auflage 2011 Rolf Rüdiger Cichowski Mario Kliesch Dr.-Ing. Frank Merschel Herausgeber federführende Autoren 7 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 8 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Inhalt 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2 Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1 Netzsituation und Entwicklung der Stromkreislängen . . . . . . . 26 2.2 Vergleichende Betrachtung einiger Eigenschaften von Kabeln und Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.1 Elektrische Kennwerte von Kabeln und Freileitungen . . . . . . . 29 2.2.2 Übertragbare Leistungen und Blindleistungsverhalten . . . . . . 30 2.3 Verwendung der Kabel und Zuordnung zu den Netzen . . . . . . 31 2.4 Beanspruchung der Starkstromkabel im Betrieb . . . . . . . . . . . 33 2.4.1 Spannungsbeanspruchung der Isolierung . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.2 Beanspruchung der Isolierung durch Teilentladungen . . . . . . . 36 2.4.3 Thermische Beanspruchung der Isolierung durch Ströme und Strombelastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.3.1 Normative Festlegung der Bemessungswerte für die zulässige Kabelbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.3.2 Beanspruchung im ungestörten Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4.3.3 Beanspruchung im Kurzschlussfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.4.3.4 Reduzierung der Belastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.4.3.5 Ausnutzung der Belastbarkeitsreserven . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4.3.6 Belastung im Kurzzeitbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.4.3.7 Gezielte Überlastung im Notbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.5 Aufbauelemente von Starkstromkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.5.1 Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.5.1.1 Leiterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.5.1.2 Leiterformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.5.1.3 Leiterbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.5.2 Isolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.5.2.1 Anforderungen an Kabelisolierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.5.2.2 Imprägnierte Papierisolierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.5.2.3 Kunststoffisolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.5.2.4 Vergleich der Isolierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.5.3 Innere und äußere Leitschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.5.4 Schirm und konzentrischer Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.4.1 Schirm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.5.4.2 Konzentrischer Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.5 Mantel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.5.1 Kunststoffmantel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.5.5.2 Metallmantel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.5.6 Bewehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.5.7 Schutzhülle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5.8 Weitere Kabelbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5.8.1 Zwickelfüllung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5.8.2 Aufpolsterelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.5.8.3 Elemente zur Herstellung der Längs- und Querwasserdichtheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.6 Alterung von Starkstromkabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.6.1 Alterungsprozesse in Papierisolierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.6.2 Alterungsprozesse in Kunststoffisolierungen . . . . . . . . . . . . . . 72 2.6.2.1 Electrical tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.6.2.2 Water tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.6.2.3 Electrochemical tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.6.3 Teilentladungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.7 Kabelbauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.7.1 Übersicht der Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.7.2 Niederspannungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.7.3 Mittelspannungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.7.4 Hochspannungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.7.4.1 Niederdruck-Ölkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.7.4.2 Gasinnendruckkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.7.4.3 Gasaußendruckkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.7.4.4 Kunststoffisoliertes Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.7.5 Höchstspannungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.7.5.1 Standardausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.7.5.2 ausgeführte Höchstspannungskabelanlagen . . . . . . . . . . . . . . 96 2.7.6 Kabel für spezielle Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.7.6.1 Seekabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.7.6.2 Kabel mit Lichtwellenleitern im Schirmbereich . . . . . . . . . . . . . 103 2.7.6.3 Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall . . . . . . . . . . . . 104 2.7.6.4 Kabel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) . . 104 10 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.7.7 Möglichkeiten zur Erhöhung der Belastbarkeit bei Hochleistungskabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2.7.7.1 Thermisch stabilisiertes Bettungsmaterial . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.7.7.2 Zwangskühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 2.7.7.3 Gasisolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 2.7.7.4 Supraleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 2.7.8 Kurzzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 2.8 Kabeldaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3 Kabelgarnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.1 Begriffsdefinitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.2 Grundelemente der Kabelgarnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.2.1 Leiterverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.2.2 Isolierungen, Feldsteuerelemente und Schutzhüllen . . . . . . . . 125 3.3 Montagetechniken bei Kabelgarnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.3.1 Wickeltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.3.2 Vergusstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.3.3 Gießharztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.3.4 Schrumpftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.3.5 Aufschiebtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.4 Ausführungen von Kabelgarnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.4.1 Muffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.4.1.1 Verbindungsmuffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.4.1.2 Übergangsmuffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3.4.1.3 Abzweigmuffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3.4.2 Endverschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 3.4.2.1 Endverschlüsse für Massekabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.4.2.2 Endverschlüsse für Kunststoffkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 3.4.3 Garnituren in Stecktechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 3.4.3.1 Stecktechnik im Niederspannungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 3.4.3.2 Stecktechnik im Mittelspannungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 3.4.3.3 Stecktechnik im Hochspannungsnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4 Errichten der Kabelanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.1 Projektierung und Genehmigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . 150 11 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.1.1 Festlegen der Trasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.1.2 Anordnung der Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.1.3 Näherungen und Kreuzungen mit anderen Anlagen . . . . . . . . 157 4.1.4 Behördliche Genehmigung, Wegenutzung . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.1.5 Projektplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.1.6 Bodenuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.1.7 Information Dritter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.1.8 Koordinierung mit anderen Baumaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . 164 4.1.9 Abstimmung mit Behörden bei Arbeiten im Verkehrsraum . . . 164 4.1.10 Ausschreibung und Vergabe der Kabellegungsarbeiten . . . . . 165 4.2 Vorarbeiten und Baustelleneinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 4.2.1 Erkundigungspflicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.2.2 Verkehrssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.3 Kabelgraben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.3.1 Feststellen des Zustands vorhandener Oberflächen . . . . . . . . 169 4.3.2 Legetiefe, Mindestüberdeckung und Grabenbreite . . . . . . . . . 170 4.3.3 Herstellen des Kabelgrabens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 4.3.3.1 Entfernen des Oberbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 4.3.3.2 Aushub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 4.3.3.3 Entsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 4.3.4 Verfüllen des Kabelgrabens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 4.3.5 Wiederherstellung von Oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.3.6 Einbau der Durchzüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.3.7 Kabel in der Nähe von Bäumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.3.8 Prüfung der Verdichtung bei Kabelgräben . . . . . . . . . . . . . . . . 183 4.4 Behandlung der Kabel bei der Legung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 4.4.1 Biegeradius und Kabeltemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 4.4.2 Kabellagerung und -transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.4.3 Kabelkontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4.4.4 Auslegen und Ziehen der Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4.4.5 Übertragung der Zugkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.4.6 Zulässige Zugkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 4.4.7 Schutz der Kabel gegen Beschädigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 4.4.8 Wanddurchführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 4.4.9 Ausbau von Kabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 12 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.5 Sonderbauweisen und mechanisierte Kabellegung . . . . . . . . . 201 4.5.1 Fräsen von Kabelgräben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 4.5.2 Einpflügen von Kabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.5.3 Saugbagger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 4.5.4 Grabenlose Kabellegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 4.5.4.1 Verfahren mit ungesteuertem Vortrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.5.4.2 Verfahren mit gesteuertem Vortrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 4.5.4.3 Überbohrverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.6 Sonderfälle der Kabellegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.6.1 Legen durch Gewässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.6.2 Legen in Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.6.3 Legen in Gebäuden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.6.3.1 Befestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.6.3.2 Vorbeugende Brandschutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 4.6.4 Isolierte Freileitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 4.6.5 Legen in Gefällstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 4.7 Legen von Hoch- und Höchstspannungskabeln . . . . . . . . . . . 225 4.7.1 Kabel mit Papierisolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 4.7.2 Kabel mit VPE-Isolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 4.8 Montage der Abschluss- und Verbindungstechnik . . . . . . . . . . 228 4.9 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 4.9.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 4.9.2 Digitale Netzdokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 5 Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 5.1 Qualität der Kabel und Garnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 5.1.1 Prüfbestimmungen für Kabel und Garnituren in der Normung . 239 5.1.1.1 Prüfbestimmungen für Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 5.1.1.2 Prüfbestimmungen für Garnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 5.1.1.3 Prüfbestimmungen für Verbinder in Garnituren . . . . . . . . . . . . 242 5.2 Qualitätsanforderungen an die Beschaffenheit der Kabel und Garnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 5.2.1 Auswahl geeigneter Hersteller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 5.2.2 Ausschreibung und Auftragsvergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 13 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 5.2.3 Abnahme von Lieferungen beim Hersteller und Waren- eingangsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 5.3 Behandlung der Kabel und Garnituren bei Transport und Lagerung, Legung und Montage sowie im Betrieb . . . . . . 248 5.3.1 Transport und Lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 5.3.2 Legung und Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 5.3.3 Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 5.4 Prüfung und Diagnose von Kabelanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 252 5.4.1 Inbetriebnahmeprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 5.4.1.1 Inbetriebnahmeprüfung an Niederspannungskabel . . . . . . . . . 252 5.4.1.2 Inbetriebnahmeprüfung an Mittelspannungskabel . . . . . . . . . . 253 5.4.1.3 Inbetriebnahmeprüfung an Hoch- und Höchstspannungskabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 5.4.2 Diagnose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 5.5 Sanierung water-tree-geschädigter Mittelspannungskabel . . . 256 6 Arbeitssicherheit und Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . 259 6.1 Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 6.1.1 Unfallverhütung bei Bauarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 6.1.2 Die fünf Sicherheitsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 6.1.3 Sicherheitsmaßnahmen an der Arbeitsstelle . . . . . . . . . . . . . . 261 6.1.4 Arbeiten unter Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.1.4.1 Gesetzliche Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 6.1.4.2 TOP-Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 6.1.5 Nichtstationäre Prüfanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 6.2 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 6.2.1 Trassierung, Eingriff in die Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 6.2.2 Boden- und Gewässerschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 6.2.3 Energiebilanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 6.2.4 Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 6.2.5 Elektrische und elektromagnetische Felder . . . . . . . . . . . . . . . 275 7 Ortung von Kabeln und Fehlerstellen . . . . . . . . . . . . 277 7.1 Kabelortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 7.1.1 Kabeltrassensuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 14 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.1.2 Kabelauslese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 7.1.2.1 Kabelauslese mit Tonfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 7.1.2.2 Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 7.1.2.3 Phasenbestimmung an Mittelspannungskabeln . . . . . . . . . . . 284 7.2 Fehlerortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 7.2.1 Vorortung von Kabelfehlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 7.2.1.1 Reflexionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 7.2.1.2 Messverfahren für hochohmige Fehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 7.2.1.3 Messverfahren mit automatischer Wiederzuschaltung . . . . . . 296 7.2.2 Nachortung von Kabelfehlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 7.2.2.1 Tonfrequenzverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 7.2.2.2 Stoßspannungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 7.2.3 Ortung von Mantelfehlern mit dem Schrittspannungsverfahren . 302 7.2.4 Vorgehensweise bei der Fehlerortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 7.3 Einzelgeräte zur Fehlerortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 7.4 Kabelmesswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 7.4.1 Fahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 7.4.2 Einrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 7.4.3 Anschluss des Kabelmesswagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 8 Diagnoseverfahren zur Zustandsbewertung von Mittelspannungskabelnetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 8.1 Dielektrische Diagnoseverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 8.1.1 Diagnose auf Basis der Verlustfaktormessung (tan--Messung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 8.1.2 Diagnose im Zeitbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 8.1.2.1 Diagnose auf Basis Wiederkehrspannungsmessung (RVM) . . 318 8.1.2.2 Diagnose auf Basis Relaxationsstrommessung (IRC-Analyse) . . 320 8.2 Teilentladungsdiagnose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 8.2.1 Prämissen der TE-Diagnose vor Ort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 8.2.2 Erzeugung der Prüfspannung für die TE-Diagnose vor Ort . . . 327 8.2.3 Auswertung von TE-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 9 Statistische Auswertung des Störungs- und Schadensgeschehens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 9.1 FNN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik . . . . . . . . . . . . . . . 334 15 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 9.2 VDEW-Umfrage zur Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 9.3 FNN-Erfassungsschema C (Schäden) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 9.4 Betriebsmittelstatistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 10 Instandhaltung der Kabelanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 10.1 Hintergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 10.2 Neue Norm für die Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 11 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen – Investitionsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 11.1 Berechnungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 11.1.1 Jahreskostenmethode (Annuitätenmethode) . . . . . . . . . . . . . . 348 11.1.2 Kapitalwertmethode (Barwertmethode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 11.1.3 Bewertung der Jahreskosten- und der Barwertmethode . . . . . 350 11.1.4 Kumulationsmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 11.2 Anwendungsfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 11.2.1 Freileitung oder Kabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 11.2.2 Vorinvestitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 11.2.3 Wirtschaftlicher Kabelquerschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 11.3 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 11.3.1 Kabel oder Freileitung im Mittelspannungsnetz . . . . . . . . . . . . 357 11.3.2 Mitlegung eines Niederspannungskabels, Verrohrung und nachträgliches Einziehen oder spätere getrennte Legung . . . . 359 12 Neue Kabeltechnologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 12.1 Gasisolierte Leitungen (GIL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 12.2 Anwendung von Hochtemperatur-Supraleitern in Stromnetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 12.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 12.2.2 Eigenschaften der Supraleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 12.2.3 Anwendungsmöglichkeiten der Supraleiter . . . . . . . . . . . . . . . 365 12.2.4 Wirtschaftlichkeit der Supraleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 12.2.5 Pilotprojekt „AmpaCity“ in Essen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 16 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 13 Vorschriften und Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 13.1 Nationale Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 13.1.1 DKE K411 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 13.1.2 DKE UK411.1 Starkstromkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 13.1.3 DKE UK411.3 Starkstromkabelgarnituren . . . . . . . . . . . . . . . . 383 13.2 Zusammenhang zwischen nationaler, europäischer und internationaler Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 13.3 Harmonisierung der Normung in Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 13.4 Normenkonformität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 13.5 Materialcharakteristik der Isolierwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 395 13.6 Verbindertechnologien in Garnituren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 13.7 Meilensteine in der Kabelnormung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 14 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 14.1 Beispiele für Kabeldaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 14.2 Beispiele zur Beurteilung der Kurzzeitbelastbarkeit von Kabeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 14.2.1 Randbedingungen für die Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 14.2.2 Vorlaststrom und Tageslastspiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 14.2.3 Belastbarkeit und Kurzzeitlastfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 14.2.4 Beispiel für die Anwendung der Diagramme . . . . . . . . . . . . . . 416 14.3 Faktoren für Wirtschaftlichkeitsberechnungen . . . . . . . . . . . . . 423 14.4 Normen und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 14.4.1 DIN VDE-, DIN EN-, DIN IEC-Normen (als VDE-Bestimmungen klassifiziert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 14.4.2 DIN-Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 14.4.3 IEC-Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 14.4.4 Sonstige Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 14.4.5 Sonstige Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 15 Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 16 Bilder und Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 16.1 Bilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 16.2 Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 17 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 17 Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 18 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 19 Autorenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 18 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 19 1 Einleitung Das Wort Kabel stammt aus dem Arabischen. Europäische Seeleute haben im frühen Mittelalter diesen Begriff aus dem Arabischen übernom- men und in ihrer Sprache mit lateinischen Buchstaben nachgebildet. Die ersten „elektrischen“ Kabel wurden von Seilmachern, so genannten Reepschlägern, hergestellt. Nicht nur das Wort Kabel, auch andere Be- griffe der Kabeltechnik stammen aus dem Wortschatz der Seeleute und der Seilmacher, z. B. Ader, Seele, Schlag, Trosse. Die in der Telegrafentechnik eingesetzten Kabel waren Basis der ersten Starkstromkabel in Deutschland. Solche Starkstromkabel wurden erst- mals 1880 in Berlin für den Betrieb von Bogenlampen benutzt. Diese Kabel waren mit Guttapercha, dem eingedickten Pflanzensaft des asia- tischen Guttaperchabaumes, isoliert, das aber schon bei etwa 45 °C weich wird. Bald darauf wurde die wärmebeständigere Isolierung mit ge- tränkten Faserstoffen, wie Jute und Hanf, entwickelt. Als Feuchtigkeits- schutz war bei dieser Konstruktion ein Bleimantel erforderlich. Die Spannungsfestigkeit der Starkstromkabel wurde ab etwa 1890 durch den Einsatz einer mit Mineralöl getränkten geschichteten Papierisolie- rung wesentlich verbessert. Später (in den 1960er Jahren) wurden neben Mineralölen vermehrt synthetische Isolierflüssigkeiten eingesetzt. Durch den Einsatz von leitfähigem Papier unter der Aderisolierung konn- ten Schäden durch Teilentladungen an der Grenzfläche zwischen Leiter und Isolierung verhindert werden. Damit wurde eine weitere Erhöhung der Spannungsfestigkeit erreicht. In diesem leitfähigen Papier ist der Vorgänger der heutigen inneren Leitschicht zu sehen. Etwa zur gleichen Zeit fand die Messung des Verlustfaktors tan  Eingang in die Kabel- technik. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse führten zu den heute noch im Hochspannungsbereich eingesetzten Kabelkonstruktionen, bei denen unter Druck stehendes Öl oder Gas die Entstehung von Hohlräu- men, z. B. bei Belastungszyklen, verhindert. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wurde schließlich um das Jahr 1940 begonnen, Kunststoffe für Isolierung und Mantel einzu- setzen. Seit den 1960er Jahren haben sich in Deutschland Kunststoffe als Isolier- und Mantelwerkstoff für Niederspannungskabel und seit den 1970er Jahren für Mittelspannungskabel durchgesetzt. Bevorzugt wur- den in Deutschland für die Niederspannung PVC-Mischungen und in der Mittelspannung PE- und VPE-Compounds. Darüber hinaus werden www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 in der Kabelfertigung außerhalb Deutschlands auch EPR-Mischungen verwendet. Auch im Bereich der Hoch- und Höchstspannung sind Kunst- stoffkabel Stand der Technik. Insbesondere die Entwicklung von Höchst- spannungskabeln und -garnituren ist noch nicht abgeschlossen. Einige wesentliche Schritte der historischen Entwicklung von Kabeliso- lierungen waren: 1850 Guttapercha für Telefonkabel 1880 Guttapercha für Starkstromkabel 1890 Papier-Öl-Isolierung für Starkstromkabel (geschichtetes Dielektrikum) 1940 Kunststoffisolierung für Starkstromkabel (extrudiertes Dielektrikum) Im weiteren Verlauf des Buches wird weitestgehend auf die technologi- schen Entwicklungen der Kabeltechnik eingegangen. Es wird der Stand der Technik beschrieben und auf die Weiter- und Neuentwicklungen ein- gegangen. Einblicke in die Kabelhistorie geben z. B. [1.1, 1.2]. Alle Entwicklungen im Bereich der Kabeltechnik müssen auf dem Gar- niturensektor entsprechend nachvollzogen werden. Zu berücksichtigen 20 Bild 1.1 Kabellegung um 1930 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 ist außerdem, dass von den Kabeln ein jahrzehntelanger, unterbre- chungsfreier Betrieb gefordert wird und dass im Fall von Störungen neben den Kosten für das Kabel erhebliche Zusatzaufwendungen für Tiefbau usw. entstehen, die ein Mehrfaches der Materialkosten betra- gen. Ein Übergang auf eine neue Technik erfolgt deshalb erst, wenn diese den technisch-wirtschaftlichen Bedingungen des Netzbetreibers entspricht. Die kunststoffisolierten Mittelspannungskabel der so genannten 1. Ge- neration aus den ersten Fertigungsjahren haben in den 1980er Jahren ungewöhnlich hohe Ausfallraten gezeigt. Zurückzuführen ist dies im We- sentlichen auf so genannte water trees (Wasserbäumchen) in der Iso- lierung. Danach waren die Entwicklungen darauf gerichtet, dieses Problem durch geänderte Werkstoffe und Fertigungstechniken zu lösen. Mit den Langzeitprüfungen, die fester Bestandteil der Mittelspannungs- norm sind, kann bei der Kabelfertigung eine zuverlässige Qualitätskon- trolle durchgeführt werden. Diese Qualitätskontrolle ist Bestandteil der Typprüfung in der DIN VDE 0276-620. Der Nachweis der bestandenen Typprüfung sollte Bestandteil der Zulassungsprüfung jedes Netzbetrei- bers sein. Die Prüfungsergebnisse der heute gefertigten Kabel lassen eine entsprechend den Erwartungen der Netzbetreiber geforderte Le- bensdauer erwarten. Die Schaffung des europäischen Marktes wirkt sich auch auf den Be- reich der Starkstromkabel aus. Die Beschaffungsmodalitäten haben sich geändert; damit kommt der Qualitätssicherung beim Hersteller eine immer größere Bedeutung zu. Zur objektiven Beurteilung der Kabelqua- lität müssen einheitliche Prüfanforderungen und Beurteilungskriterien erarbeitet werden. In diesem Zusammenhang wurden beispielsweise für VPE-isolierte Mittelspannungskabel die fertigungsbegleitenden Prü- fungen eingeführt, die in den DIN-VDE-Bestimmungen festgeschrieben wurden. Sie gewährleisten, dass der inzwischen erreichte hohe Quali- tätsstandard laufend überwacht wird und Kabel verschiedener Hersteller hinsichtlich wesentlicher Qualitätsmerkmale vergleichbar sind. Die fer- tigungsbegleitenden Prüfungen können dann für eine anwenderbezo- gene Überwachung genutzt werden. Die Normungsarbeit ist heute international getrieben. Das zuständige nationale Gremium K411 und seine Unterkommittees sind mit ihren Ver- tretern in den entsprechenden europäischen und weltweiten Spiegel- gremien vertreten. Sie können somit frühzeitig deutsche Interessen auf internationaler Ebene vertreten und dabei Trends, Tendenzen bzw. neue 21 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Erkenntnisse einbringen und das Ergebnis der internationalen Standar- disierung in die nationale Normung umsetzen. Die in diesem Buch an- gegebenen Normen stellen einen Auszug dar und sind vor jedem größeren Projekt auf Aktualität zu prüfen. Wesentliche Gesichtspunkte bei der Projektierung einer Kabelanlage sind deren Betriebsspannung und Leistungsübertragung. Für die Mehr- zahl der Einsatzgebiete haben sich Standardlösungen, Kabel der Reihe DIN VDE 0276, herausgebildet, für Spezialfälle können Kabel ebenfalls nach o. g. Normreihe oder eben spezielle Entwicklungen zum Einsatz kommen. Der Einsatzbereich der Nieder- und Mittelspannungskabel war ursprüng- lich hauptsächlich in Städten, heute werden Kabel in diesen Spannungs- ebenen in großem Maße auch in ländlichen Gebieten eingesetzt. Als Gründe sind hierfür insbesondere die geringen Instandhaltungsauf- wände und die zunehmende Forderung nach Verkabelung in allen Spannungsebenen zu nennen. Durch den zunehmenden Einsatz von Kabeln werden kostengünstige Methoden der Kabellegung immer wich- tiger, so z. B. in unbebauten Bereichen mit dem Kabelpflug. Spezialver- fahren helfen, Hindernisse zu untertunneln und Oberflächen nicht mehr aufbrechen zu müssen. Eine genaue Beobachtung des Fehlergeschehens ist sowohl für die An- wender als auch für die Hersteller von großer Bedeutung. Deshalb wur- den bis zum Jahr 2001 beim Verband der Elektrizitätswirtschaft (VDEW) vom zuständigen Arbeitsausschuss (AA) „Kabel“ über viele Jahre Erhe- bungen und statistische Auswertungen des Fehlergeschehens an VPE- isolierten Mittelspannungskabeln durchgeführt. Mit dem Übergang der technischen Sacharbeit vom VDEW zum Verband der Netzbetreiber – VDN – e.V. beim VDEW (VDN) wurde diese spezielle Kabelfehlerstatistik eingestellt. Aus der VDN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik konnten unter anderem auch die Verfügbarkeitsdaten der einzelnen Betriebsmittel abgeleitet werden. In der heutigen FNN Störungs- und Schadensstatistik wurde das Meldesystem und die Fehleranalyse weiter systematisiert. Kabelfehler führen in den meisten Fällen zu einer Unterbrechung der Stromversorgung. Eine schnelle und möglichst genaue Fehlerortung ist deshalb für die Netzbetreiber von wirtschaftlicher Bedeutung. Darüber hinaus wird an der Weiterentwicklung von Diagnoseverfahren zur zer- störungsfreien Bestimmung des Alterungszustandes von Kabelisolie- rungen gearbeitet. 22 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Im Zusammenhang mit der Errichtung und dem Betrieb von Kabelanla- gen sind Arbeitssicherheit, Gesundheits- und Umweltschutz wichtige Gesichtspunkte, die unbedingt zu beachten sind. Für die meisten Netzbaumaßnahmen gibt es mehrere technisch sinn- volle Lösungsmöglichkeiten. Dabei kann die Wirtschaftlichkeitsrechnung wichtige Hinweise auf die zu realisierende Variante geben. Im Bereich der elektrischen Energietechnik ist der Begriff Starkstrom- kabel üblich. Damit werden Kabel bezeichnet, die zur Energieübertra- gung eingesetzt werden – unabhängig von der Spannungsebene. Zuweilen wird zur Abgrenzung gegenüber Nachrichtenkabeln, Steuer- kabeln usw. der Begriff Energiekabel benutzt. In diesem Buch wird, wie in den derzeit gültigen Normen, der Begriff Starkstromkabel bzw. Kabel verwendet. Die auf dem Kabel aufgebrachte Spannungsangabe kennzeichnet die höchstmögliche Spannungsebene. Weitere Angaben zu den Span- nungsebenen und deren Einsatzbereiche werden im Abschnitt 2 erläu- tert. Einheitlich wird der Begriff Kabellegung bzw. Legung verwendet; im Sprachgebrauch und in der Literatur findet sich häufig auch der Be- griff Verlegung. Die in diesem Buch zitierten Normen werden in der heute allgemein gül- tigen Schreibweise (z. B. DIN VDE 0276-620) angegeben. Dies gilt auch für die älteren Normen, die im Originaldruck noch die alte Bezeichnung tragen (z. B. DIN VDE 0289-1 statt DIN VDE 0289 Teil 1). Neue Herausforderungen an die Netzbetreiber von Verteilungs- und Übertragungsnetzen verlangen auch das Beschreiten neuer Wege in der Kabeltechnologie. Hier sind als Schlagworte Gasisolierte Leitung (GIL), Supraleitung und Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) zu nennen. Die entsprechenden Kabeltechnologien werden in einem separaten Abschnitt beschrieben. Weiterhin werden einige Hinweise zu allgemeinen Fragen der Instand- haltung gegeben. Einige Themen sind bewusst mehrfach in den jewei- ligen Abschnitten dargestellt, da sie unter mehreren Gesichtspunkten zu betrachten sind. 23 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 24 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2 Kabel Starkstromkabel dienen der Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Diese Aufgabe sollen sie über lange Zeiträume zuverlässig, ohne Gefährdung von Personen und Sachen und möglichst wartungsfrei erfüllen. Entsprechend DIN VDE 0289-1 wird im deutschsprachigen Raum zwi- schen den Begriffen Kabel und Leitung unterschieden. Die wesentlichen Merkmale für Starkstromkabel können wie folgt zusammengefasst wer- den: – Sie sind, im Gegensatz zu Starkstromleitungen, für die Legung im Erdreich zugelassen. – Sie sind nur für ortsfeste Legung geeignet. – Sie haben einen Mantel aus Kunststoff. Vorzugsweise wird bei Kabeln mit U0/U ≤ 0,6/1 kV PVC und bei Kabeln mit U0/U ≥ 0,6/1 kV HDPE ver- wendet. – Die Nennspannung beträgt mindestens 1 kV. Spannungsebenenübersicht Die Übertragungs- und Verteilungsnetze sind die Bindeglieder zwischen Erzeugung und Verbrauch elektrischer Energie; die einzelnen Netze las- sen sich grob durch folgende Charakteristika beschreiben. Übertragungsnetze (Verbundnetze) – Höchstspannung: 380 kV; 220 kV (wird zurückgebaut) – großräumiger Energietransport zwischen Erzeugungs- und Ver- brauchsschwerpunkten – Lastausgleich zwischen entfernten Verbrauchsschwerpunkten – wirtschaftlicher Kraftwerkseinsatz – gegenseitige Reservestellung Verteilungsnetze – Hochspannung: 110 kV – Mittelspannung: 10 kV bis 30 kV – Niederspannung: 0,4 kV – Räumlich begrenzter Energietransport zu Endverbrauchern (bzw. Wei- terverteilern) sowie aus Einspeisungen dezentral erzeugter Energie 25 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Struktur und das Zusammenwirken der verschiedenen Netze der öffentlichen Stromversorgung in Deutschland ist schematisch in Bild 2.1 dargestellt. Diese Struktur ist auch in anderen europäischen Staaten sehr ähnlich bzw. gleich. 2.1 Netzsituation und Entwicklung der Stromkreislängen Kabel und Freileitungen erfüllen zwar zunächst grundsätzlich den gleichen Zweck – den Transport und die Verteilung elektrischer Energie zwischen Erzeugung und Verbrauch. Sie haben aber nicht nur unter- schiedliche Konstruktionsmerkmale, sondern sie weisen auch unter- schiedliche physikalische Eigenschaften auf, wie in Abschnitt 2.2 näher erläutert wird. Die deutschen Kabel- und Freileitungsnetze mit einem Wiederbeschaf- fungswert in der Größenordnung von 200 Milliarden € haben eine Ge- samtlänge von rund 1,8 Millionen km. Die Längen teilen sich gemäß Tabelle 2.1 Die unterschiedlichen Verkabelungsgrade in den verschiedenen Span- nungsebenen beruhen nicht nur auf wirtschaftlichen Überlegungen – dazu weiter unten mehr – sondern auch auf technischen Grenzen und Anwendungsmöglichkeiten. In der Verteilungsebene dominieren im Nieder- und Mittelspannungsbe- reich mit insgesamt rund 85 % Anteil ganz eindeutig die Kabelnetze. 26 Bild  2.1 Netzstruktur und Spannungsebenen (Quelle: Amprion) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 27 Dieser Verkabelungsgrad wird tendenziell noch weiter ansteigen. In städtischen Bereichen werden praktisch keine neuen Nieder- und Mit- telspannungsfreileitungen mehr errichtet, sondern eher zurückgebaut, und auch bei Neubaugebieten in ländlichen Gegenden sind Kabelan- schlüsse die Regel. Wesentlich niedriger sind die Verkabelungsgrade in Hochspannungs- netzen (Verteilnetze 110 kV): hier sind Kabel im Wesentlichen in Städten und Ballungsgebieten in Betrieb, da dort auf Grund fehlender Trassen und auch aus städtebaulicher Sicht keine Freileitungstrassen realisier- bar sind; ansonsten überwiegt in der 110-kV-Ebene mit über 90 % der Anteil der Freileitungen. Wie weiter unten gezeigt wird, sind bei der Übertragung hoher elektri- scher Energien über große Entfernungen sowohl technisch als auch wirtschaftlich Freileitungen vorteilhaft. Daher ist der Kabelanteil im Be- reich der Höchstspannung statistisch fast vernachlässigbar: ihre Ge- samtlänge beträgt in Deutschland derzeit etwas mehr als 100 km (ohne HVDC- und Offshore-Kabel), entsprechend einem Anteil von deutlich unter einem Prozent. Die wenigen eingesetzten Trassen findet man in Großstädten (z. B. Berlin), bei Kraftwerksausleitungen (Kavernenkraft- werke) oder in speziellen Anwendungsfällen (z. B. Ersatz von Freilei- tungs- durch Kabeltrassen im Flughafenbereich Frankfurt/Main). Mittelfristig wird der Anteil der Hoch- und Höchstspannungskabel deutlich zunehmen. Im Gesetz zur Beschleunigung des Ausbaus der Höchstspan- nungsnetze (Kurzform EnLAG; Energieleitungsausbaugesetz) [2.1] wurde für 23 vordringliche und in einem Bedarfsplan festgelegte Leitungsbau- vorhaben mit einer Gesamtlänge von rund 1.800 km im § 1 (2) EnLAG die energiewirtschaftliche Notwendigkeit festgestellt. Bei der Realisierung Tabelle 2.1 Stromkreislängen 2014 in Deutschland (Quelle: BDEW, Stand 04/2016) Spannungsebene Freileitungen km Kabel km Kabelanteil % Höchstspannung 1) 34.637 109 0,3 Hochspannung 72.644 7.543 9,4 Mittelspannung 106.905 407.863 79,2 Niederspannung 121.345 1.049.820 89,6 Gesamt 335.531 1.465.335 1) Ohne HGÜ, Offshore www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 dieser Vorhaben sind zahlreiche so genannte Zwischenverkabelungen, also der Übergang von Freileitung auf Kabel und wieder zurück, erforder- lich. So sind beispielsweise in dem im EnLAG enthaltenen Teilstück zwi- schen Wesel und der Landesgrenze Nordrhein-Westfalen/Niedersachsen drei Teilverkabelungsabschnitte vorgesehen (Bild 2.2). 2.2. Vergleichende Betrachtung einiger Eigenschaften von Kabeln und Freileitungen In Nieder- und Mittelspannungsnetzen stellen Kabelverbindungen häufig „die erste Wahl“ dar, dagegen wird der Kabeleinsatz in der Hoch- und besonders in der Höchstspannungsebene durch technische und wirt- schaftliche Randbedingungen begrenzt. In der Übertragungsebene sind unter sachlichen Aspekten Transporte von Leistungen mit mehr als 1.000 MW über Entfernungen von einigen 100 km mit vertretbarem Auf- wand nur mit Freileitungen sinnvoll. Neben den unterschiedlichen energiewirtschaftlichen Aufgaben der Übertragungs- und Verteilungsnetze sind für die Leitungen die tech- nisch-physikalischen Eigenschaften, die Wirtschaftlichkeit sowie gesell- schaftspolitische Aspekte zu berücksichtigen. Bestimmend für die unterschiedlichen technischen Eigenschaften von Kabeln und Freileitungen sind in erster Linie das Isoliermedium, die Höhe der jeweiligen Betriebsspannung sowie der im Betrieb möglichen 28 Bild 2.2 Geplante Teilverkabelungsabschnitte nach EnLAG für die Leitung Wesel-Meppen (Quelle: Amprion) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Überspannungen und damit die Abstände zwischen unter Spannung stehenden und geerdeten Teilen der Leitung und der Umgebung. Ein Energiekabel zur Übertragung großer Energien bei hohen Spannun- gen stellt ein hochkomplexes System dar, bei dem auf sehr kleinen Dis- tanzen hohe Potenzialunterschiede sicher beherrscht werden müssen. Einen groben Überblick über die Dimensionen gibt Bild 2.3. Diese gravierenden Unterschiede in den Abmessungen der Isolations- strecken – 3 m Luft vs. 3 cm fester Isolierstoff bei 380 kV – belegen anschaulich und auch für Laien schnell einsehbar die hohen Anforde- rungen an eine Kabelisolierung. 2.2.1 Elektrische Kennwerte von Kabeln und Freileitungen Wichtige elektrische Kennwerte, die sich für Kabel und Freileitungen stark unterscheiden, sind die Leitungsbeläge R´ (Widerstandsbelag), C´(Kapazitätsbelag) und L´ (Induktivitätsbelag) gemäß dem Ersatz- schaltbild für ein Leitungselement (Bild 2.4). Bild 2.3 Grundsätzlicher Aufbau und Isolationsabstände von Freileitung und Kabel [2.2] Bild 2.4 Ersatzschaltbild für ein Leitungselement zur Ermittlung der elektrischen Kennwerte 29 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 In Tabelle 2.2 sind Werte für die Leitungsbeläge sowie für die thermische Grenzleistung Sth und die natürliche Leistung Pnat für Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsleitungen zusammengestellt; Anhaltswerte für die Ableitwiderstandsbeläge können Bild 2.5 entnommen werden. 2.2.2 Übertragbare Leistungen und Blindleistungsverhalten Auf Grund der im Vergleich zu Freileitungen viel höheren Kapazität von Kabeln fließen in Drehstromkabeln bereits im Leerlauf kapazitive Lei- terströme, die so genannten Ladeströme. Mit zunehmender Betriebs- spannung steigt der Ladestrom, und demzufolge nimmt die realisierbare Übertragungslänge ab, im Extremfall sogar bis auf Null. Bei Freileitun- gen dagegen wird die Übertragungslänge durch den zulässigen Span- nungsfall begrenzt. 30 Tabelle 2.2 Typische elektrische Kennwerte von Freileitungen und Kabeln [2.2] Bild 2.5 Anhaltswerte für den Ableitwiderstandsbelag 1/G´ von Kabeln und Freileitungen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Ladeströme, bei konstanter Frequenz proportional dem Produkt aus Spannung und Betriebskapazität, und somit der Blindleistungsbedarf, sind bei Mittelspannungskabeln relativ gering. Daraus ergibt sich hin- sichtlich der übertragbaren Leistungen sogar ein Vorteil gegenüber ver- gleichbaren Freileitungen. Mit zunehmender Spannung (Mittelspannung ¡ Hochspannung), aber „unterproportional“ wachsender Wandstärke der Kabel wird das Verhält- nis der übertragbaren Leistungen für Kabel zusehends ungünstiger. Bei Höchstspannung liegt der spezifische Blindleistungsbedarf in der Grö- ßenordnung -20 MVA/km (Freileitung: max. + 0,4 MVA/km). Dement- sprechend wird bereits bei Längen von einigen -zig Kilometern der gesamte Leiterquerschnitt für den kapazitiven Ladestrom benötigt; ein Transport von Wirkleistung ist dann nicht mehr möglich. Für die Reali- sierung größerer Übertragungsstrecken sind daher zusätzliche techni- sche Einrichtungen – Kompensationsspulen – erforderlich. Solche Kompensationsspulen sind hinsichtlich ihrer Größe mit Höchstspan- nungstransformatoren vergleichbar und müssen bei längeren Strecken ca. alle 25 bis 50 km in die Kabeltrasse einbezogen werden. 2.3 Verwendung der Kabel und Zuordnung zu den Netzen Standardkabel gemäß DIN VDE sind für den Einsatz im Drehstromnetz mit Nennspannungen UN=  U0 ausgelegt. Da die Isolierung der Kabel mit Ausnahme der Gürtelkabel für die Spannung U0 bemessen ist, sind sie ferner geeignet für den Einsatz: – in Einphasensystemen, bei denen beide Außenleiter isoliert sind, mit UN= 2 U0 – in Einphasensystemen, bei denen ein Außenleiter geerdet ist, mit UN= U0 Die Kabel dürfen in Wechsel- und Drehstromnetzen verwendet werden: – deren Sternpunkt niederohmig geerdet ist – deren Sternpunkt gelöscht oder isoliert ist Dabei sollte der einzelne Erdschluss nicht länger als acht Stunden an- stehen und die Gesamtdauer aller Erdschlüsse im Jahr 125 Stunden nicht überschreiten. Bei längeren Erdschlusszeiten ist ein Kabel mit hö- herer Bemessungsspannung zu wählen. Die Spannungen werden wie 31 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 32 folgt abgekürzt, siehe Tabelle 2.3: U0 = Spannung zwischen einem Außenleiter und metallener Umhüllung oder Erde U = Spannung zwischen zwei Außenleitern Um = Höchste, dauernd zulässige Betriebsspannung UN = Nennspannung eines Netzes 1) Auswahl der gängigsten Spannungsebenen, darüber hinaus gibt es noch wei- tere Spannungsebenen, z. B. U0 = 5,8; 11,6; 17,3 kV 2) bei Typprüfungen an Kabelgarnituren nach DIN VDE 0278-393 verwendet, bei Leiterquerschnitten < 50 mm2, jedoch nur 8 kV 3) VDE0278-629.1 4) VDE 0278-632 5) VDE 0276-2067 Die Kabel sind für die in Tabelle 2.3 aufgeführten höchsten, dauernd zu- lässigen Betriebsspannungen und Bemessungs-Blitzstoßspannungen ausgelegt. Kabel mit U0/U = 0,6/1 kV dürfen in Gleichstromsystemen verwendet werden, deren höchste Betriebsspannung Leiter/Leiter Um= 1,8 kV oder Leiter/Erde 1,8 kV nicht überschritten wird. Tabelle 2.3 Zulässige Spannungen für Starkstromkabel Nennspan- nungen1) des Kabels Höchste Spannung Um bei Drehstrom- systemen Nennspannungen des Netzes UN der Außenleiter in Bemes- sungs- Blitzstoß- spannung Drehstrom- systemen Einphasensystemen beide Außenleiter isoliert ein Außenleiter geerdet U0/U in kV Um in kV UN = U0 in kV UN = 2 U0 in kV UN = U0 in kV Up in kV 0,6 / 1 1,2 1 1,2 0,6 202) 3,6 / 6 7,2 6 7,2 3,6 60 6 / 10 12 10 12 6 75 12 / 20 24 20 24 12 125 18 / 30 36 30 36 18 170 64 / 110 123 110 123 64 550 230 / 400 420 400 420 230 1425 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.4 Beanspruchung der Starkstromkabel im Betrieb Das physikalische Verhalten von Kabeln wird im Wesentlichen bestimmt durch die Spannungen und Ströme, mit denen sie beaufschlagt werden und durch die Werkstoffe der einzelnen Bauelemente, die für den jewei- ligen Anwendungsfall zum Tragen kommen (siehe Abschnitt 2.5 Aufbau- elemente), wie – Leiter – Isolierung – Schirmung – Mäntel – Bewehrung – Schutzhüllen 2.4.1 Spannungsbeanspruchung der Isolierung Niederspannungskabel werden in der Regel nach mechanischen Ge- sichtspunkten dimensioniert. Daher ist hier wegen der niedrigen Be- triebsspannungen und den relativ großen Wanddicken der Isolierung die elektrische Beanspruchung nur gering, anders als bei Kabeln für hö- here Spannungen, d. h. Mittel-, Hoch- und Höchstspannungskabeln, die im Folgenden zur Abgrenzung zu den Niederspannungskabeln zusam- menfassend als Hochspannungskabel bezeichnet werden. Hier nimmt mit steigender Spannungsebene die elektrische Beanspruchung der Iso- lierung überproportional zu. Entscheidend für die Beanspruchung der Kabelisolierung – auch als Di- elektrikum bezeichnet – ist nicht die absolute Höhe der Spannung, son- dern die elektrische Feldstärke. Diese ergibt sich aus der anliegenden Betriebsspannung und der Geometrie der Anordnung. Dieser Zusam- menhang ist in Bild 2.6 für einen Zylinderkondensator, der die Verhält- nisse in einem Kabel widergibt, dargestellt. Man erkennt, dass die maximale Feldstärke – und somit die höchste elektrische Beanspru- chung – am Leiter auftritt. Bei Mittelspannungskabeln liegt sie in der Größenordnung von einigen kV/mm, bei Höchstspannungskabeln bei über 20 kV/mm. Diesen Spannungsbeanspruchungen muss die Isolierung von Hoch- spannungskabeln gewachsen sein. Es darf auf keinen Fall zum vollkom- menen Durchschlag kommen, der das Dielektrikum durch einen 33 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 34 Bild 2.6 Elektrisches Feld im Zylinderkondensator Entladungskanal überbrückt. Die Spannung, bei der ein vollkommener Durchschlag eintritt, wird als Durchschlagspannung bezeichnet. Eine nur örtlich begrenzte Überbeanspruchung des Dielektrikums, z. B. an einer Schwachstelle der Isolierung, führt bei der Einsetzspannung, die kleiner ist als die Durchschlagspannung, zum unvollkommenen Durch- schlag (siehe Abschnitt 2.4.2). Beim Betrieb von Kabeln für höhere Spannungen treten neben statio- nären Beanspruchungen durch die betriebsfrequente Spannung auch transiente Spannungen infolge elektromagnetischer Ausgleichsvor- gänge auf. Letztere werden durch Schalthandlungen oder unbeabsich- tigt, z. B. durch Kurzschlüsse oder atmosphärische Entladungen, ausgelöst. Elektromagnetische Ausgleichsvorgänge laufen im Milli- bzw. Mikrosekundenbereich ab. Sie führen im Hochspannungsnetz wegen der hiermit verbundenen sehr schnellen Änderung des an jeder Stelle einer Leitung vorhandenen elektrischen und magnetischen Feldes zu großen Strom- und Spannungssteilheiten. Auch für diese Beanspru- chungen muss die Isolierung ausgelegt sein, was durch entsprechende Entwicklungs- und Typprüfungen nachgewiesen wird. Wird an eine Isolierung eine Spannung angelegt und sie somit einem elektrischen Feld ausgesetzt, verhält sie sich ähnlich wie ein Leiter, in dem ständig ein kleiner Wirkstrom fließt. Hierdurch entsteht eine Wärmeentwicklung, die wiederum zu entsprechenden Verlusten führt. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 35 Die auftretenden Verluste nennt man dielektrische Verluste. Den Winkel zwischen den in der Isolierung fließenden Wirk- und Blind- anteilen des Stroms nennt man Verlustwinkel; der Verlustfaktor tan  ist definiert als der Tangens dieses Winkels, also IW/IC (Bild 2.7). Unter Zugrundelegung von Bild 2.7 ergeben sich für ein Drehstromkabel die dielektrischen Verluste zu PDiel = 3 · Ue 2 · C · tan  = U2 · C · tan  mit Ue Leiter-Erd-Spannung U Leiter-Leiter-Spannung C Betriebskapazität einer Ader Da die Betriebskapazität C von der Geometrie abhängt und proportional zur Permittivitätszahl ɛr ist, wurde zur Kennzeichnung des Einflusses der Materialeigenschaften auf die dielektrischen Verluste die dielektri- sche Verlustzahl ɛr · tan  definiert, die nicht mit dem Verlustfaktor ver- wechselt werden darf. Tabelle 2.8 in Abschnitt 2.5.2.1 zeigt für einige Kabelisolierungen die Werte für Permittivitätszahlen, Verlustfaktor und Verlustzahl. Bild 2.7 Ersatzschaltbild eines Kabeldielektrikums mit Zeiger- diagramm www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 36 2.4.2 Beanspruchung der Isolierung durch Teilentladungen Ist im Dielektrikum eine lokale Fehlstelle – z. B. ein Lufteinschluss oder eine Verunreinigung – vorhanden, kommt es dort zu einer lokalen Feld- stärkeerhöhung. Bereits bei einer verhältnismäßig niedrigen anliegen- den Spannung, eventuell auch schon unterhalb der Betriebsspannung, können Entladungen einsetzen. Diese unvollkommenen inneren Durch- schläge werden als Teilentladung (TE) bezeichnet; die entsprechende Spannung ist die TE-Einsetzspannung. Die Teilentladungen können sich über die gesamte Isolierstrecke ausbreiten und somit zum vollkomme- nen Durchschlag führen. Besonders gefährdet sind hier Kabel mit nicht geschichtetem Dielektrikum, also Kunststoffkabel mit homogener, ex- trudierter Isolierung. Daher müssen TE unzulässig hoher Intensität durch entsprechende Sorgfalt bei Konstruktion, Herstellung, Montage und Betrieb von Kabelanlagen vermieden werden. Die Vorgänge bei der Teilentladung werden im Abschnitt 2.6 Alterung näher beschrieben. 2.4.3 Thermische Beanspruchung der Isolierung durch Ströme und Strombelastbarkeit Die Lebensdauer von Betriebsmitteln wird durch viele Faktoren be- stimmt. Für Kabelanlagen ist insbesondere die Kabeltemperatur, die wiederum durch den aktuell fließenden Strom und die Umgebungsbe- dingungen bestimmt wird, eine entscheidende Größe. In diesem Ab- schnitt liegt der Schwerpunkt auf der praktischen Anwendung. Theoretische Grundlagen und Berechnungsverfahren können z. B. [2.3] entnommen werden. 2.4.3.1 Normative Festlegung der Bemessungswerte für die zulässige Kabelbelastung Für die praktische Anwendung sind für den ungestörten Betrieb (Nor- malbetrieb) und den Kurzschlussfall die zulässigen Belastungsströme der verschiedenen Kabeltypen und Querschnitte in Tabellen in den ent- sprechenden Normen festgelegt. Angegeben sind für den Normalbetrieb (Abschnitt 2.4.3.2) der Bemessungsstrom und für den Kurzschlussfall (Abschnitt 2.4.3.3) die Bemessungsstromdichte. Die Festlegungen be- ruhen auf Berechnungen, Versuchen und langjährigen Erfahrungen. Die www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 wesentlichen Einflussgrößen sind Umgebungstemperatur, Wärmeleitfä- higkeit der Umgebung (Erde oder Luft) und Anordnung der Kabel (z. B. Abstand, Häufung, Verrohrung). Den Bemessungswerten in den DIN-VDE-Bestimmungen der Reihe DIN VDE 0276 (z. B. DIN VDE 0276-620 für VPE-isolierte Mittelspan- nungskabel) wurden Randbedingungen zugrunde gelegt, wie sie in Mit- teleuropa bei normaler Betriebsweise in den meisten Fällen anzutreffen sind (Tabelle 2.4). Hinsichtlich des Erdbodenwärmewiderstands wird ein so genanntes Zwei-Schichten-Modell angenommen. Dabei wird voraus- gesetzt, dass das Erdreich in unmittelbarer Nähe des Kabels je nach Höhe der Leitertemperatur austrocknet (Erdbodenwärmewiderstand im trockenen Boden unmittelbar um das Kabel 2,5 K · m/W). Für das um- gebende Erdreich als zweite Schicht wird feuchte Erde angenommen (Erdbodenwärmewiderstand im feuchten Boden 1 K · m/W). Für die Legung in Luft ist mit Rücksicht auf die relativ kurze Zeitkon- stante der Erwärmung der Dauerbetrieb mit konstantem Strom als nor- male Betriebsweise vorausgesetzt. Für die Legung in Erde ist die Belastung mit EVU-Last zugrunde gelegt, die laut Definition in DIN VDE 0276 einem Belastungsgrad von 0,7 entspricht. Ein typisches Tages- lastspiel mit einem Belastungsgrad 0,73 zeigt Bild 2.8. Die im allgemei- nen Sprachgebrauch als Höchstlast bezeichnete Tageslastspitze wird in den DIN-VDE-Bestimmungen Größtlast genannt. 37 Tabelle 2.4 Randbedingungen für Bemessungswerte der Strombelastbarkeit Legung in Luft Legung in Erde Belastungsgrad 1,0 (Dauerlast) 0,7 (EVU-Last) Legebedingungen frei in Luft Legetiefe 0,7 m Anordnung Ein mehradriges oder drei einadrige Kabel im Dreh- stromsystem im Dreieck gebündelt Umgebungsbedingungen Lufttemperatur 30 °C Erdbodentemperatur 20 °C www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 38 2.4.3.2 Beanspruchung im ungestörten Betrieb Die Strombelastbarkeit von Kabeln ist von der Kabelbauart, der Art der Legung, der Betriebsart (Lastverlauf über der Zeit) und der Umgebungs- temperatur abhängig. Als normale Betriebsart (ungestörter Betrieb) gilt in DIN VDE 0276 der „EVU-Betrieb“, der durch eine Größtlast und den Belastungsgrad von 0,7 definiert ist (Bild 2.8). Der Belastungsgrad ist das Verhältnis von mittlerer Belastung zu Größt- last. Er ergibt sich als Quotient aus der Fläche unter der Lastkurve und der Gesamtfläche des Rechtecks, gebildet aus der Größtlast und den 24 Stunden des Tages. Als Größtlast ist nicht der höchste Augenblicks- wert zu wählen, sondern der Mittelwert der Lastspitze über 15 Minuten. Im EVU-Bereich kann man zwar grundsätzlich von der hier definierten EVU-Last ausgehen, es werden aber viele Netze zunehmend höher ausgelastet, insbesondere in ländlichen Regionen durch Einspeisungen aus regenerativen Energiequellen. An einigen Stellen in Verteilungsnet- Bild 2.8 Typisches Tageslastspiel im EVU-Netz mit einem Belastungsgrad von 0,73 (nach DIN VDE 0276) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 zen beträgt die Einspeiseleistung ein Vielfaches der ursprünglich in der Netzplanung zugrunde gelegten Leistung. Für den Industriebereich ist je nach vorliegenden Belastungsverhältnis- sen der dort zutreffende Belastungsgrad für die Kabeldimensionierung heranzuziehen bzw. im Einzelfall zu berechnen. Sofern von der EVU-Last abweichende Bedingungen vorliegen, müssen die Bemessungswerte entsprechend DIN VDE 0276-1000 in die zuläs- sigen Belastbarkeitswerte umgerechnet werden. Hierfür sind Umrech- nungsfaktoren angegeben, die eine abweichende Betriebsart (Belas- tungsgrad) sowie andere Lege- und Umgebungsbedingungen berück- sichtigen. Macht man sich bewusst, dass nicht der Belastungsstrom, sondern die Temperatur des Isolierstoffes für die Alterung des Kabels maßgebend ist, so ist eine höhere Belastung als mit Nennstrom immer dann ohne weiteres möglich, wenn die zulässige Kabeltemperatur nicht überschrit- ten wird (siehe Abschnitt 2.4.3.5). Es liegt dann im thermischen Sinn keine Überlastung des Kabels vor. Eine Überlastung ist erst dann gegeben, wenn höhere als die zulässigen Temperaturen auftreten. In solchen Fällen ist mit einer verstärkten Alte- rung zu rechnen. Grundsätzlich muss aber beachtet werden, dass an keiner Stelle der Gesamtanlage zulässige Grenztemperaturen (z.  B. für Lötstellen) überschritten werden (siehe auch Abschnitt 2.4.3.5). Ansons- ten kann es bereits nach kurzer Zeit zum Ausfall kommen. 2.4.3.3 Beanspruchung im Kurzschlussfall Im Fehlerfall wird das Kabel durch Kurzschlussströme thermisch und dynamisch beansprucht. Für die thermischen Auswirkungen ist der Dau- erkurzschlussstrom, für dynamische der Stoßkurzschlussstrom maßge- bend. Die Berechnung der Kurzschlussströme erfolgt nach DIN VDE 0102. Bei der Berechnung der thermischen Beanspruchung ist der zeitliche Abfall des Stroms zu berücksichtigen. Für die Rechnung gilt zunächst die Annahme, dass die während der kurzen Zeit des Kurzschlusses ent- stehende Wärme vollständig im Leiter des Kabels gespeichert wird 39 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 (adiabatischer Fall). Kurzzeitig sind höhere Grenztemperaturen als im Fall der Dauerlast zulässig. Die Kurzschlusszeiten differieren zwischen Sekundenbruchteilen bis zu wenigen Sekunden. Die Kurzschlussströme betragen einige Hundert bis einige Tausend Ampére. Die zulässigen Werte für die Leitergrenztemperaturen im Kurzschlussfall sind in IEC-Empfehlungen bzw. in den Normen der Reihe VDE 0276 für Kabel von 1 kV bis 30 kV angegeben (Tabelle 2.5). Tabelle 2.5 Grenztemperaturen von Energiekabeln (Zulässige Werte im Kurzschlussfall für den Isolierstoff nach DIN VDE 0276) Bild 2.9 Bemessungs-Kurzzeit-Stromdichte nach DIN VDE 0103 (Beispiel: Kabel mit PVC-Isolierung und Cu-Leiter) 40 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei der Dimensionierung der Kabel für den Kurzschlussfall wird im allgemei- nen mit der Bemessungs-Kurzzeit-Stromdichte gearbeitet. Dies ist die zu- lässige Stromdichte während einer Kurzschlussdauer von einer Sekunde. Aus dem Diagramm (Bild 2.9) ist die Kurzzeit-Stromdichte unter Berück- sichtigung der Anfangs- und Endtemperatur zu entnehmen. Für ein PVC-Kabel mit einer maximal zulässigen Leitertemperatur von 70 °C und einer höchsten zulässigen Kurzschlusstemperatur von 160 °C liest man beispielsweise für die Bemessungs-Kurzzeit-Stromdichte den Wert von 115 A/mm2 aus dem Diagramm ab. Sollte die Leitertemperatur zu Beginn des Kurzschlusses niedriger gewesen sein, so ist eine ent- sprechend höhere Stromdichte zulässig. 2.4.3.4 Reduzierung der Belastbarkeit In bestimmten Fällen kann die Beanspruchung eines Kabels mit den in den Normen angegebenen Bemessungswerten zu einer thermischen Überlastung führen. In diesen Fällen muss die tatsächliche Belastung unter den in den Tabellen angegebenen Belastbarkeitswerten bleiben. Beispiele hierfür sind Kabelhäufungen oder die Legung von Kabeln in Rohren sowie besonders ungünstige Bodenverhältnisse. Für viele die- ser in der Praxis relevanten Fälle sind in DIN VDE 0276 Teil 1000 Re- duktionsfaktoren angegeben. Die dort genannten Belastbarkeitswerte gelten unter der Voraussetzung, dass in der Trasse nur ein Starkstromkabel vorhanden ist. Liegen zwei oder mehrere Starkstromkabel in derselben Trasse, so reduziert sich die Strombelastbarkeit entsprechend den in DIN VDE 0276-1000 angegebe- nen Umrechnungsfaktoren. Neben der Anzahl der parallel liegenden Kabel sind auch deren gegenseitiger Abstand und deren Lastverläufe wichtig. In Sonderfällen, wenn die parallel liegenden Kabel zu unterschiedlichen Zei- ten hoch belastet sind, kann auf die Minderung der zulässigen Belastung, gegebenenfalls nach konkreter Berechnung, verzichtet werden. In einem praktischen Versuch wurden in einem städtischen Netz über mehrere Wintermonate Temperaturmessungen an Niederspannungska- beln vor einer hoch ausgelasteten Netzstation durchgeführt [2.4]. Rein rechnerisch wurde eine unzulässig hohe Belastung ermittelt. Die Mes- sungen ergaben jedoch trotz der sehr hohen Strombelastungen der dicht nebeneinander liegenden Kabel Temperaturwerte, die deutlich 41 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 unter der zulässigen Betriebstemperatur lagen. Laboruntersuchungen beim Kabelhersteller ergaben keine Anhaltspunkte für eine Verkürzung der Lebensdauer der seit 20 Jahren im Betrieb befindlichen Kabel. Aus solchen Untersuchungen lässt sich schließen, dass die pauschale Bemessung nach DIN VDE Reserven beinhaltet, weil die Annahmen für die einzelnen Randbedingungen (z.  B. Lastgang, Gleichzeitigkeit, Um- gebungstemperatur, Bodenfeuchte) auf der sicheren Seite liegen. Dies ist insbesondere für vorübergehende hohe Belastungen bei Netzstörun- gen von Bedeutung. Bei der Neulegung von Kabeln wird ein genügend großer Abstand zu anderen Wärmequellen, welche die Kabelbelastbarkeit herabsetzen (z.  B. Fernwärmeleitungen) angestrebt (Abschnitt 4.1.3). Kann der er- forderliche Abstand nicht eingehalten werden oder entsteht in den Fol- gejahren durch nachträgliche Bautätigkeit eine solche Beeinträchtigung, muss die Belastbarkeit der Kabel überprüft werden. In Einzelfall sind Abhilfemaßnahmen zu treffen. Nicht in allen Fällen kann eine gleichmäßige Wärmeabfuhr auf der gesamten Kabelstrecke erfolgen. Sie wird z.  B. durch Legung in Luft (Gebäudeeinführungen) oder in Rohren (Straßenübergänge) beein- trächtigt. Dementsprechend ist gegebenenfalls unter Verwendung der Reduktionsfaktoren die Belastbarkeit umzurechnen. Zahlreiche Unter- suchungen und Erfahrungen zeigen allerdings, dass bei relativ kurzen Rohrabschnitten, z.  B. Straßenkreuzungen, kein Reduktionsfaktor an- gesetzt werden muss. Aber auch bei vollständiger Verrohrung von Mit- telspannungskabelstrecken wird man in vielen Fällen auf den Einsatz eines Reduktionsfaktors verzichten können, wenn nicht mit längerfristig konstanter hoher Last zu rechnen ist. In DIN VDE 0276-1000 wird für alle Fälle, bei denen eine Berechnung zu aufwändig ist, ein pauschaler Reduktionsfaktor von 0,85 für die Ka- bellegung in Rohren angegeben. Im Allgemeinen liegt dieser Wert auf der sicheren Seite. 2.4.3.5 Ausnutzung der Belastbarkeitsreserven Eine Überschreitung der Bemessungswerte, d.  h. eine höhere Belas- tung als in den Tabellen angegeben, ist unter bestimmten Vorausset- zungen ohne zusätzlichen Lebensdauerverzehr zulässig. 42 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Tatsächlich ist die Umgebungstemperatur des Kabels nicht konstant, sondern zeigt einen mit der Jahreszeit veränderlichen Verlauf (Bild 2.10) [2.5]. Man erkennt, dass die Erdbodentemperatur mit einer gewis- sen Zeitverzögerung der mittleren Außenlufttemperatur folgt. Ein Ver- gleich des jahreszeitlichen Verlaufs der Kabelbelastung mit der für den Einbauort geltenden Erdbodentemperaturkurve lässt im Einzelfall erken- nen, ob und in welchem Umfang eine höhere Belastung zugelassen werden kann. Gerade im Winter, wenn üblicherweise in den Stromver- sorgungsnetzen hohe Belastungswerte auftreten, stehen aufgrund der dann niedrigen Erdbodentemperatur Belastungsreserven zur Verfügung. Den Tabellenwerten liegt ein Wärmewiderstand des feuchten Erdreichs von 1 K · m/W zugrunde. Sofern entweder von vornherein günstigere Verhältnisse vorliegen oder durch Einsatz geeigneter Kabelbettungsma- terialien geschaffen werden, können entsprechend höhere Belastungen zugelassen werden. In den eingangs genannten DIN-VDE-Bestimmun- gen sind für solche Fälle geeignete Umrechnungsfaktoren angegeben. Um die Wirtschaftlichkeit von Hochspannungskabelanlagen deutlich zu verbessern, werden seit einiger Zeit spezielle, thermisch stabilisierte Bet- tungsmaterialien eingesetzt. Das beispielsweise in [10.5] beschriebene Material besteht aus Sand mit weitgestufter Körnung und zugemischtem Schluff und hat im normal durchfeuchteten Zustand einen spezifischen Erdbodenwärmewiderstand zwischen 0,3 und 0,4 K · m/W; im ausge- trockneten Zustand liegt der Wert bei etwa 0,7 bis 1,0 K · m/W. Die Strom- 43 Bild 2.10 Verlauf der unbeeinflussten Erdbodentemperatur in einer Tiefe von 1,1 m www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 44 belastbarkeit kann durch Verwendung dieses Bettungsmaterials um mehr als 10 % gesteigert werden. Ein in der Nähe der Baustelle aufbereitetes Bettungsmaterial wurde auch im Zuge der Teilverkabelung einer 380-kV- Leitung der Amprion in die Kabeltrasse eingebaut [2.6]. Bild 2.11 zeigt die Aufbereitungsanlage; von dort aus wird das Material mit Spezialfahr- zeugen zur Kabeltrasse transportiert und dort verarbeitet (Bild 2.12). In vielen Fällen wird ein vorhandenes Kabel nicht mit EVU-Last, sondern mit einem niedrigeren Belastungsgrad beansprucht, d.  h., die Spitzen- belastungen treten seltener auf oder sind von kürzerer Dauer als bei der Definition der EVU-Last zugrunde gelegt. Diese Tatsache wird man bei der Planung eines Kabels in der Regel nicht berücksichtigen, sehr wohl aber im Betrieb. Dadurch wird es in vielen Fällen möglich sein, eine zu- nächst notwendig erscheinende Netzverstärkung noch einige Zeit zu- rückzustellen. Voraussetzung für eine solche Entscheidung ist die eingehende Kenntnis des Belastungsverlaufs im vorhandenen Kabel. Insbesondere in Industrienetzen und Netzen mit einem von der EVU- Lastcharakteristik abweichenden Belastungsgrad sind daher Kenntnisse über tatsächliche Belastungsverläufe für eine technisch und wirtschaftlich optimierte Dimensionierung sehr wichtig. Neben dem Tageslastspiel lässt sich auch der Einfluss der im Laufe einer Woche auftretenden Lastän- derungen gezielt zur Überschreitung der Bemessungswerte nutzen [2.7]. Eine gezielte Ausnutzung der thermischen Reserven ist durch eine di- rekte Beobachtung der Temperatur im Kabel oder in unmittelbarer Nähe des Kabels, das so genannte Monitoring, möglich. So kann die tatsäch- liche thermische Belastung des Kabels ermittelt und das Kabel gezielt bis an seine thermische Belastungsgrenze betrieben werden (Ab- Bild 2.11 Aufbereitungsanlage zur Herstellung von thermisch stabilisiertem Bettungsmaterial für eine 380-kV-Kabeltrasse Bild 2.12 Einbau des thermisch stabilisierten Bettungsmaterials in die 380-kV-Kabeltrasse www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 schnitt 2.4.3.6). Dadurch ergeben sich sowohl im Störungsfall als auch für die langfristige Investitionsplanung Vorteile [2.8]. Der Aufwand für das Monitoring ist relativ hoch, sodass es nur in Sonderfällen bei Hoch- spannungsanlagen angewendet wird. 2.4.3.6 Belastung im Kurzzeitbereich Insbesondere im Störungsfall kann es erforderlich werden, Kabel über den Bemessungsstrom hinaus zu belasten. Eine solche Kurzzeitbelas- tung kann je nach Vorbelastung für eine bestimmte Zeitdauer und mit einer bestimmten Stromhöhe ohne Überschreitung der zulässigen Tem- peratur erfolgen. In [2.9] wurde ein Verfahren veröffentlicht, mit dessen Hilfe für verschiedene Kabeltypen Faktoren für die Kurzzeitbelastbarkeit bestimmt werden können. Danach sind im Stundenbereich, insbeson- dere bei kunststoffisolierten Kabeln, erhebliche Reserven vorhanden. Mit Hilfe von Rechnerprogrammen ist es möglich, die thermischen Re- serven eines Kabels weitestgehend auszunutzen [2.10]. Im Störungsfall könnten darüber hinaus unter Inkaufnahme eines gewissen Lebensdau- erverzehrs die Kabel noch höher belastet werden, als mit Hilfe des ge- nannten Verfahrens ermittelt (siehe Abschnitt 2.4.3.7). In Abschnitt 14.2 werden Beispiele zur Ermittlung der Kurzzeitbelastbar- keit gegeben. 2.4.3.7 Gezielte Überlastung im Notbetrieb Kritische Belastungszustände im Netz entstehen üblicherweise dann, wenn zur Zeit der Höchstlast eine Störung auftritt. Entweder wird das Netz für diesen Fall dimensioniert oder es wird gezielt eine Überlastung in Kauf genommen. Wichtige Gesichtspunkte bei der Entscheidung sind die Höhe der erwarteten Überlastung, die Dauer bis zur Ergreifung von Ersatzmaßnahmen, das zu versorgende Netzgebiet sowie die Vorge- schichte des gegebenenfalls zu überlastenden Kabels. Sofern eine sol- che Überlastung in Kauf genommen werden soll, müssen auch die hierfür erforderlichen betrieblichen Voraussetzungen geschaffen werden (Einstellung des Netzschutzes). Tritt dann tatsächlich ein solcher Stö- rungsfall auf, sind die Überschreitung der zulässigen Temperatur und damit eine Lebensdauerminderung, im Extremfall auch der Ausfall und damit verbunden die Versorgungsunterbrechung, nicht auszuschließen. In Deutschland wird diese Philosophie bisher wenig vertreten. In ande- 45 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 46 ren Ländern wird eine zeitlich befristete höhere Kabelerwärmung inner- halb eines bestimmten Zeitraumes zugelassen. Die Höchstbelastung einer Kabelverbindung folgt vielfach einer Säge- zahnkurve. Die Belastung steigt über mehrere Jahre hinweg allmählich an und fällt dann nach erfolgten Ausbaumaßnahmen (Legung eines zusätzlichen Kabels oder Herstellen einer zusätzlichen Einspeisung) wieder ab. Dann beginnt dieser Zyklus von vorn. Im Interesse einer möglichst guten Ausnutzung der installierten Kapazitäten kann man auch hier ein höheres Risiko eingehen. Die Belastungsentwicklung muss dann besonders sorgfältig beobachtet werden. 2.5 Aufbauelemente von Starkstromkabeln Der grundsätzliche Aufbau der Starkstromkabel ist am Beispiel von zwei konkreten Konstruktionen in Bild 2.13 dargestellt. Die einzelnen Ele- mente entsprechend den DIN-VDE-Bestimmungen sind in Tabelle 2.6 zusammengestellt und werden im Folgenden näher erläutert [2.3, 2.11, 2.12, 2.13]. Bild 2.13 Aufbau der Starkstromkabel dreiadriges papierisoliertes Mittelspannungskabel mit Einzel-Bleimänteln (Dreibleimantelkabel) einadriges kunststoffisoliertes Mittelspannungskabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 47 Tabelle 2.6 Aufbauelemente der Kabel Aufbauelement Zweck Ausführung Leiter Stromtragfähigkeit Werkstoff: Kupfer (Cu) Aluminium (Al) Form: rund (R) sektorförmig (S) Aufbau: eindrähtig (E) mehrdrähtig (M) segmentförmig (RMS) Isolierung Aderisolierung: Isolierung der Leiter ge- geneinander oder gegen metallene Umhüllung Gürtelisolierung: gemeinsame Isolierung über mehrere verseilte Adern 0,6/1 kV bis 3,6/6 kV: Polyvinylchlorid (PVC) 0,6/1 kV bis 18/30 kV: masseimprägniertes Papier, vernetztes Polyethylen (VPE) ab 60 kV:Papier mit Öl oder Gas,vernetztes Polyethylen (VPE) Leitschichten (nur bei Nenn- spannungen ab 6 kV je nach Isolierstoff) Übergang der Isolierung zu Leiter, Schirm oder Mantel zur Vermeidung von Teilentladungen glatte Grenzfläche zur Ver- meidung hoher elektrischer Feldstärken innere Leitschicht: Papier-Masse-Kabel: leitfähige Papierbänder Kunststoffkabel: extrudierte Hülle aus leitfähigem Kunststoff äußere Leitschicht: Papier-Masse-Kabel: leitfähige Papierbänder oder metallisierte Papiere Kunststoffkabel: extrudierte Hülle aus leitfähigem Kunststoff Metallmantel Feuchtigkeitsschutz, Berührungsschutz, Leitung von Ableit- oder Erdschlussströmen, Schutzleiter, Neutralleiter glatt gepresst: Blei und Bleilegierungen, Aluminium gepresst und gewellt: Aluminium, Kupfer www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 48 Tabelle 2.6 Aufbauelemente der Kabel (Fortsetzung) Aufbauelement Zweck Ausführung Druckschutz- bandage Schutz des Bleimantels gegen unzulässige Verfor- mung (Gasaußendruckka- bel, Niederdruck-Ölkabel) Kupferbänder, unmagnetische Stahlbänder konzentrischer Leiter nur bei Niederspannung: Berührungsschutz, Neu- tralleiter, Schutzleiter Kupferdrähte mit Kontaktwendel umseilt oder als Ceander-Leiter Schirm nur bei Mittel- und Hoch- spannung: Berührungs- schutz, Leitung von Ableit- oder Erdschlussstrom (auch Doppelerdschluss- strom) Kupferdrähte mit Kontaktwendel, Kupferband Bewehrung mechanischer Schutz, Ver- besserung der Zugfestig- keit, Verringerung des Reduktionsfaktors Stahl als Band, Flachdraht, Runddraht, Profildraht Schutzhüllen Polster zwischen Metall- mantel und Bewehrung, Korrosionsschutz des Metallmantels und der Be- wehrung nur bei Kunststoffkabeln: Abdichtung gegen Vordrin- gen von Wasser innere Schutzhülle: vorgetränkte Papiere, Kunststofffolie, extrudierte Hülle aus Kunststoff innere Schutzhülle (für längswasserdichtes Kabel): Kunststofffolie mit Quellvlies oder Krepppapier mit Quellvlies äußere Schutzhülle: vorgetränkter Faserstoff (z.  B. Jute) und Kreideüberzug, extrudierte Hülle aus Kunststoff Schichtenmantel Diffusionssperre gegen Eindringen von Wasser mit der äußeren Schutzhülle aus Polyethylen fest verklebte Alumi- nium- oder Kupferfolie Kunststoffmantel äußerer Schutz der Ader bzw. des Kabels Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder ähnliche Werkstoffe www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Ostermoorstraße 77 · D - 26683 Saterland · Fon +49 (0) 4498 88 - 0 info@waskoenig.de · www.waskoenig.de Ein Starkstromkabel für die große Neu- bausiedlung am Stadtrand von Kopenha- gen? 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Der Leiter, als Träger des Stromes, soll die elektrische Energie möglichst verlustarm übertragen und muss so bemessen sein, dass er die Belastung im un- gestörten Betrieb und die maximalen Fehlerströme im gestörten Betrieb ohne Überschreitung der zulässigen Temperatur aufnehmen kann. 2.5.1.1 Leiterwerkstoffe Zur Herstellung von Leitern werden gemäß den gültigen Normen für Starkstromkabel (Teile der Reihe DIN VDE 0276) weiches Elektrolytkup- fer oder reines Aluminium verwendet. Der Leiterwerkstoff und der Leiterquerschnitt bestimmen die Stromtrag- fähigkeit. Der klassische Leiterwerkstoff ist Kupfer, aber Aluminium wurde schon im Ersten Weltkrieg aus Gründen der Kupferknappheit eingeführt und hat sich längst vom „Ersatzstoff“ zum vollwertigen Lei- terwerkstoff entwickelt. In Nieder- und Mittelspannungsnetzen ist Alumi- nium seit vielen Jahren der Standardleiterwerkstoff. Unterschiedliche Eigenschaften bei den Werkstoffen zeigt Tabelle 2.7. Vorteile des Aluminiums gegenüber Kupfer sind das geringere Gewicht (bei gleicher Leitfähigkeit wiegt ein Aluminiumleiter nur etwa die Hälfte eines Kupferleiters) und die geringeren Kosten. Ein Unterschied zwi- schen Aluminium und Kupfer ist die Festlegung zur Zugfestigkeit. Für Kupferleiter enthalten die Normen keine Angaben zu den Zugfestig - keiten. 50 Tabelle 2.7 Eigenschaften der Leiterwerkstoffe Kupfer und Aluminium Leiterwerk- stoff Leitfähigkeit bei 20 °C in m/Ω · mm2 Temperatur- koeffizient des el. Wi- derstandes in 1/°C Dichte in g/cm3 Wärmedeh- nung in 10-6/°C Schmelz- punkt in °C Kupfer (Cu) 58 0,0039 8,9 16,2 1084 Aluminium (Al) 36 0,0040 2,7 23,8 658 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei Aluminium sind folgende Werte festgelegt: Für mehrdrähtige Leiter (RM und SM; siehe Abschnitt 2.5.1.2): – 130 N/mm2 bis 200 N/mm2 (für unverseilte Einzeldrähte) Für eindrähtige Leiter (RE und SE; siehe Abschnitt 2.5.1.2): – 100 N/mm2 bis 130 N/mm2 25 mm2 – 80 N/mm2 bis 110 N/mm2 35 mm2 und 50 mm2 – 60 N/mm2 bis   90 N/mm2 ab 70 mm2 2.5.1.2 Leiterformen Die Abmessungen der Leiter sind in den entsprechenden Normen der Reihe DIN VDE 0276 genormt. Gebräuchliche Leiterformen werden im Bild 2.14 dargestellt. Sowohl bei Kupfer- als auch bei Aluminiumleitern kann der Leiter rund oder sektorförmig sowie ein- oder mehrdrähtig ausgeführt sein. Wie Bild 2.14 entnommen werden kann, geht aus der Kurzform der Leiterbe- zeichnung die Leiterform hervor. So bedeutet z. B. „RM“ rund mehr- 51 Bild 2.14 Leiterformen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 drähtig und „SE“ sektorförmig eindrähtig. Eindrähtige Leiter werden auch als Massivleiter bezeichnet. Mehrdrähtige Leiter sind leichter bieg- bar, aber dafür haben sie einen größeren Durchmesser. Die Leiterquerschnitte sind in einer genormten Zahlenreihe festgelegt. Diese Festlegung erfolgte bereits 1879 in den USA für Drahtabmessun- gen und lässt sich nach DIN 323 (Normzahlen) nachvollziehen [2.14]. Der Leiterquerschnitt wird zwar geometrisch (in mm²) angegeben, aber durch seinen elektrisch wirksamen Querschnitt, d.  h. seinen Wider- stand, bestimmt. Leiter mit kleinerem Querschnitt sind härter, damit sie der Beanspruchung in mechanischen Verbindern besser standhalten. Leiter mit größerem Querschnitt sind weicher, um ihre Biegbarkeit zu erhöhen. Eindrähtige Leiter haben geringere Rückstellkräfte als quer- schnittsgleiche mehrdrähtige Leiter. Aluminiumleiter können bis zu Querschnitten von 1.000 mm2 eindrähtig sein, in besonderen Anwendungen auch schon bis 2.500 mm2 realisiert. Für eindrähtige Aluminiumleiter größeren Querschnitts wird, um eine ausreichende Biegsamkeit zu erreichen, ein weicheres Aluminium ver- wendet als für mehrdrähtige Leiter. Festlegungen für die Festigkeit ent- hält DIN VDE 0295. Mehrdrähtige Leiter werden nach der Verseilung durch Walzen verdichtet, um einen kleineren Durchmesser zu erzielen. Dabei wird ein Verdichtungsgrad von deutlich mehr als 90 % erreicht. Bei mehradrigen Kabeln mit Nennspannungen bis 10 kV werden meist sektorförmige Leiter gewählt, um Platz und damit Material sowie Kabel- gewicht zu sparen. Für höhere Nennspannungen sind Kabel mit Sek- torleitern aus Gründen der Feldsteuerung nicht geeignet (siehe Abschnitt 2.5.3). Der Basiswinkel  (gemäß DIN VDE 0276-603) der Sektorleiter beträgt bei Kabeln mit 3 bzw. 4 Adern 120° bzw. 90°. Dar - über hinaus gibt es noch Kabel mit 3 ½ Adern mit den Winkeln 100°/60° (reduzierter Nullleiter). Öl- und Gasdruckkabel haben besondere Leiterformen, wie Hohlleiter (Ölkanal) und ovale Leiter (Bild 2.14). Zur Verringerung des Wechselstromwiderstands werden Leiter mit gro- ßen Querschnitten aus gegeneinander isolierten Teilleitern aufgebaut. Dieser Aufbau wird als Millikenleiter bezeichnet. Die Leiter dieser Drähte können auch mit Lack isoliert werden oder oxidiert sein. Niederspan- nungs-Kunststoffkabel ohne konzentrischen Leiter enthalten in der Regel vier Leiter gleichen Querschnitts. 52 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.5.1.3 Leiterbezeichnungen Die Leiter sind in Klassen eingeteilt. Für Kabel (feste Verlegung) gelten die Klassen 1 und 2. Eindrähtige Leiter sind der Klasse 1, mehrdrähtige Leiter der Klasse 2 zugeordnet. Speziell bei Niederspannungskabeln sind folgende Leiterbezeichnungen gebräuchlich: – Neutralleiter ist der Leiter, der den Mittel- oder Sternpunkt der Strom- quelle mit den Verbrauchern verbindet. – PE-Leiter ist der Schutzleiter, der entsprechend den Bedingungen der Schutzleiter-Schutzmaßnahmen mehrere Teile untereinander verbin- det, z.  B. Körper elektrischer Betriebsmittel, Erder, geerdeter Punkt der Stromquelle oder künstlicher Sternpunkt und Potentialausgleichs- schiene. – PEN-Leiter ist der Leiter, der zugleich die Funktion des Neutraleiters und des Schutzleiters erfüllt. Bei vieradrigen Kabeln für 1  kV nach DIN VDE 0276-603 darf der Neu- tral- oder Schutzleiter auch einen geringeren Querschnitt als die Außen- leiter aufweisen. Um zu gewährleisten, dass die Bedingungen gemäß DIN VDE 0100-300 und DIN VDE 0100-410 (Systeme nach Art der Erd- verbindungen TT, TN-S, TN-C) erfüllt sind, sollten vieradrige Kabel mit gleichen Leiterquerschnitten bevorzugt werden. Eine spezielle Bauart ist der konzentrische Leiter. Dieser wird über den oder bei mehradrigen Kabeln über die Leiter gewickelt. Der konzentri- sche Leiter in Niederspannungskabeln darf als Neutralleiter (N), PE-Lei- ter oder PEN-Leiter verwendet werden, jedoch nicht als Außenleiter. Das Mitführen von Steueradern mit einem Querschnitt von 1,5  mm2 Cu in den Zwickeln von 1-kV-Kabeln ist zulässig (DIN VDE 0276-603). 2.5.2 Isolierung Schon seit mehr als 125 Jahren wird getränktes Papier als Leiteriso- lierung verwendet. Wegen der guten dielektrischen Eigenschaften überwiegen auch heute noch im Kabelbestand in höheren Span- nungs- ebenen papierisolierte und masse- bzw. ölimprägnierte Kabel. Im Bereich der Niederspannungskabel (0,6/1 kV) allerdings wurden 53 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 schon vor Jahrzehnten die Massekabel durch PVC-isolierte Kabel ab- gelöst; aber auch heute noch sind auch in Niederspannungsnetzen Massekabel in nennenswertem Umfang im Betrieb. Im Bereich der Mittelspannungskabel (6/10 bis 18/30 kV) werden heute bei Neule- gungen praktisch nur noch VPE-isolierte Kabel eingesetzt, und auch die Hochspannungs kabel (110 kV) werden überwiegend mit VPE-Iso- lierung gelegt. Bedeutung bei Neulegungen haben papierisolierte Kabel heute noch als Seekabel. In einigen europäischen Ländern spielt auch Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR; EPDM) als Kabeliso- lierstoff für Nieder- und Mittelspannungskabel eine erwähnenswerte Rolle. 2.5.2.1 Anforderungen an Kabelisolierungen Bei kleinen Nennspannungen wird die Kabelisolierung insbesondere mechanisch und weniger elektrisch beansprucht. Mit steigender Span- nung – aber nicht in gleichem Maß „mitwachsender“ Wanddicke – wird zunehmend die elektrische Beanspruchung für die Dimensionierung maßgebend. Die Wanddicke der Isolierung muss so bemessen sein, dass die Span- nungsfestigkeit der Außenleiter sichergestellt ist: – untereinander und gegen Erde, – bei dauernd anstehender Betriebsspannung sowie – bei kurzzeitig auftretenden Überspannungen (Schaltspannungen, atmosphärischen Überspannungen; Spannungserhöhungen bei Erd- schluss, wenn der Sternpunkt nicht niederohmig geerdet ist) Eine weitere Forderung an die Kabelisolierung betrifft möglichst kleine dielektrische Verluste, da diese zu erhöhten Verlustkosten und zu einer zusätzlichen Kabelerwärmung führen und somit die Lebensdauer verrin- gern. Die dielektrischen Verluste im Kabel sind abhängig vom Verlust- faktor tan , der Geometrie und der Permittivitätszahl ɛr des Isolierstoffes (siehe Abschnitt 2.4.1). Tabelle 2.8 zeigt für einige Kabelisolierungen die Werte für Permittivitätszahl, Verlustfaktor und Verlustzahl. Da die dielektrischen Verluste zudem spannungsabhängig sind (siehe Abschnitt 2.4.1), haben sie für Nieder- bzw. Mittelspannungskabel keine bzw. nur geringe Bedeutung. Bei der Dimensionierung von Hochspan- nungskabeln müssen diese aber berücksichtigt werden. 54 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 55 Tabelle 2.8 Permittivitätszahl, Verlustfaktor und Verlustzahl für Isolie- rungen von Hoch- und Mittelspannungskabeln Kabeltyp Isolierung Permittivitäts- zahl εr Verlustfaktor tan δ·103 Verlustzahl εr · tan δ Papierisolierung Massekabel 3,5 … 4,0 ,03 … 4 0,01 Ölkabel 3,3 … 3,6 2,5 … 3 0,01 Gasdruckkabel 3,4 … 3,5 2,5 … 3 0,01 Kunststoffisolierung PVC 3 … 8 10 … 100 1) 0,3 PE 2,3 … 2,4 0,4 … 0,8 0,001 VPE 2,3 … 2,5 0,6 … 1,2 0,002 EPR 2,7 … 3,2 5 … 6 0,015 Gasförmige Isolierung SF6 (bei 4.000 bis 6.000 hPa) ≈ 1 (≈ 0,0002) 2) (≈ 2·10-7) 2) 1) Stark abhängig von Temperatur und Compoundierung 2) In realer Kabelanordnung höhere Werte durch Abstandhalter aus Kunststoff Weiterhin sollten in Kabeln möglichst keine Teilentladungen (TE) auftre- ten, da diese einen negativen Einfluss auf die Alterungsbeständigkeit haben (siehe Abschnitte 2.4.2 und 2.6.3). Teilentladungen sind wesent- liche Zerstörungsmechanismen von festen Isolierstoffen. Sie treten in Fehlstellen innerhalb der Isolierung (z. B. Hohlräumen) oder an Grenz- schichten zwischen Isolierung und Leitschichten auf, wenn die an der Fehlstelle anliegende Spannung ausreichend groß ist. Besonders empfindlich gegen Teilentladungen sind Isolierungen aus vernetztem Polyethylen (VPE; siehe Abschnitt 2.5.2.3), da in TE-beanspruchten Hohlräumen als Erosionsprodukt Kohlenstoff entsteht. Daher sind TE- Messungen ein unverzichtbares Beurteilungskriterium für VPE-Isolie- rungen. Eine Kabelisolierung muss nicht nur nach elektrischen Parametern di- mensioniert werden, sondern auch die Anforderungen hinsichtlich me- chanischer Eigenschaften während Fertigung, Legung, Montage und Betrieb erfüllen. Die mechanischen Anforderungen sind in den jeweiligen Kabelnormen definiert und werden durch entsprechende Prüfungen nachgewiesen. Als wesentliche Prüfungen sind hier u. a. zu nennen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 56 Zugfestigkeit und Reißdehnung sowie Wärmedehnung und Wärmeform- beständigkeit. Wichtig ist auch, dass die Formbeständigkeit so beschaf- fen sein muss, dass es bei höheren Leitertemperaturen und unter mechanischer Beanspruchung nicht zur Verlagerung des Leiters in die Isolierhülle kommt. In den folgenden Unterabschnitten werden die für die unterschiedlichen Kabelbauarten verwendeten Isolierstoffe beschrieben. 2.5.2.2 Imprägnierte Papierisolierung Bei der Herstellung papierisolierter Kabel, die sich seit den Anfängen der Kabeltechnik als Starkstromkabel sämtlicher Spannungsebenen sowie auch als Kommunikationskabel bewährt haben, wird spezielles Isolierpapier um den Leiter gewickelt und anschließend in großen Kes- seln getrocknet und imprägniert (Bild 2.15). Die Nennspannung und der Verwendungszweck bestimmen die Dicke der Isolierung und die Eigen- schaften der Imprägniermittel. Im Mittelspannungsbereich und bei Gas- druckkabeln werden zähflüssige (hochviskose) Imprägniermittel eingesetzt – hier spricht man auch von Massekabeln. Im Hoch- und Höchstspannungsbereich werden bei den dort betriebenen Ölkabeln dünnflüssige (niederviskose) Isolierflüssigkeiten verwendet. In seinem Ausgangszustand hat das Papier einen Wassergehalt von ca. 6 %. Die Volumenanteile von Zellulose und Luft sind etwa gleich (40 bis 60 %). Würde man das Papier in dieser Form als Isolierung verwenden, so ergäbe sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes durch die un- terschiedlichen Permittivitätszahlen (Dielektrizitätszahlen) von Luft und Zellulose eine inhomogene Feldverteilung mit einer sehr ungünstigen elektrischen Beanspruchung des Materials. Aus diesem Grund wird zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften das Papier bis auf einen Restwassergehalt von 0,1 % getrocknet und getränkt. Das Imprägnier- mittel füllt die Hohlräume aus, und man erreicht somit eine gleichmäßi- gere elektrische Beanspruchung der Papierisolierung. Zur Erhöhung der Lebensdauer werden den Imprägniermitteln Alte- rungsschutzmittel (Phenole u.  ä.) beigemengt, welche die inneren Zer- setzungsvorgänge hemmen. Die elektrischen Eigenschaften der Imprägniermittel (Durchschlagfeldstärke, dielektrische Verluste) sind stark abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt und von Verunreinigungen durch Fremdsubstanzen und Alterungsprodukte. Deswegen muss das Imprägniermittel gereinigt und „getrocknet“ werden. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 57 Bild 2.15 Imprägnierkessel zur Fertigung von Papierkabeln (Quelle: Bayka) Für den praktischen Einsatz ist außerdem die temperaturabhängige Vis- kosität der Imprägniermittel wichtig. Forderungen an Imprägniermittel für Massekabel sind: – dünnflüssig bei Imprägniertemperatur (130 °C) – genügend zähflüssig bei Betriebstemperatur – kein Kristallisieren bei tiefen Temperaturen, damit das Papier-Öl- Dielektrikum nicht brüchig wird Durch die hohe Viskosität (zähflüssig) ist bei Massekabeln sichergestellt, dass bei Beschädigungen keine Masse in das Erdreich gelangt. Dies gilt sowohl bei in Betrieb befindlichen Kabeln als auch in verstärktem Maße bei außer Betrieb genommenen, alten Kabeln, bei denen die Masse meist verharzt ist. Für die Anwendung bei großen Höhenunterschieden des Geländes, in dem Kabel gelegt werden, kann die Viskosität der Kabeltränkmasse durch Beimengungen weiter erhöht werden, damit die Masse nicht ab- wandert (Haftmassekabel). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Das Isolierpapier liegt als dünnes (ca. 0,1 bis 0,2 mm) und schmales (ca. 10 bis 30 mm) Band vor. Vor dem Trocknen und Tränken des Pa- piers wird der Leiter mit dem Papier umwickelt. In der Regel wird mit einem Spalt gewickelt, der 0,3 bis 0,5  mm breit ist. Dadurch wird er- reicht, dass das Kabel ohne Faltenbildung des Papiers gebogen werden kann. Die nächste Papierlage deckt diesen Spalt bzw. eine Stoßstelle ab. Das geschichtete Dielektrikum hat den großen Vorteil, dass kleine Fehlstellen in einer Papierlage die elektrische Festigkeit der Isolierung kaum mindern, weil derartige Fehlstellen nur mit sehr kleiner Wahr- scheinlichkeit in mehreren Papierlagen direkt übereinander liegen. Sollten in der Isolierung Hohlräume entstehen, so werden diese durch das nachfließende Imprägniermittel wieder ausgefüllt. Die zulässige Betriebstemperatur liegt je nach Nennspannung bei 55 bis 80 °C. 2.5.2.3 Kunststoffisolierung Bis etwa 1940 war für Starkstromkabel ölimprägniertes Papier das Iso- liermaterial schlechthin. Mit diesen Kabeln liegen inzwischen jahrzehn- telange, gute Betriebserfahrungen vor. Die Entwicklung auf dem Gebiet der Polymerchemie führte recht bald auch zur Verwendung von Kunst- stoffen als Isolierstoff für Starkstromkabel. Hauptgründe hierfür waren Vorteile bei Legung und Montage und inbesondere die Wartungsfreiheit. Außerdem kann bei den meisten Kunststoffkabeln auf einen metallenen Mantel verzichtet werden. Bei Kunststoffkabeln liegt eine homogene Isolierung vor. Hier sind die Inhomogenitäten im mikroskopischen und makroskopischen Bereich ortsfest. Sie können sich zu Fehlerstellen weiterentwickeln, da kein Selbstheileffekt auftritt. Dieser Nachteil gegenüber papierisolierten Ka- beln muss durch äußerste Sauberkeit und Präzision in der Fertigung der Kabel ausgeglichen werden. Kunststoffisolierungen aller Spannungsebenen werden in speziellen Spritzköpfen nahtlos aufgebracht. Dieser Vorgang wird als Extrusion be- zeichnet. Mit modernen Anlagen werden in einem Arbeitsgang bei Mit- tel-, Hoch- und Höchstspannungskabeln sowohl die Isolierung, als auch die beiden Leitschichten extrudiert (Dreifachspritzkopf). Bild 2.16 zeigt prinzipiell die Fertigung eines VPE-isolierten Mittelspan- nungskabels. Der Leiter wird von der Spule (Abwickler) abgewickelt und läuft über einen Speicher zur Extrusionsanlage. Dieser Speicher wird 58 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 benötigt, um während der kontinuierlichen Kabelfertigung die leere Spule austauschen und das nächste Leiterstück an das vorhergehende anschweißen zu können. In der Extrusionsanlage werden die innere Leitschicht, die Isolierung und die äußere Leitschicht in einem Arbeits- gang aufgebracht. Nach der Extrusion wird das aufgeschmolzene, ther- moplastische Polyethylen (PE) der Isolierung in das nicht mehr schmelzbare, thermoelastische vernetzte Polyethylen (VPE) umgewan- delt. Dazu wird im Vernetzungsrohr Energie in Form von Wärmestrah- lung unter Druck zugeführt. Während des Vernetzungsprozesses darf das Kabel das Vernetzungsrohr nicht berühren. Deshalb werden die Ver- netzungsrohre entweder in einer Kettenlinie oder senkrecht angeordnet. Bild 2.16 VPE-Kabel: Prinzip der Extrusion, Vernetzung, Kühlung (Quelle: Troester) Bild 2.17 Einteilung der Polymerwerkstoffe und Beispiele 59 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 60 Danach muss das Kabel von der Vernetzungstemperatur (im Mittel 200 °C, je nach Prozesssteuerung) auf Raumtemperatur gekühlt werden. In der Kabeltechnik werden überwiegend die Thermoplaste Polyvinyl- chlorid (PVC), Polyethylen (PE) und die Thermoelaste vernetztes Poly- ethylen (VPE) und Ethylen-Propylen-Gummi (EPR) verwendet (Bild 2.17). Thermoplaste sind Polymerisate, die im Wesentlichen aus fadenförmi- gen linearen, teils aber auch aus verzweigten Molekülen bestehen. Thermoplaste sind bei hinreichend hoher Temperatur plastisch formbar. Thermoelaste sind Polymerisate, die aus räumlich vernetzten Molekülen bestehen. Im Gegensatz zu den Thermoplasten sind sie auch bei hö- heren Temperaturen nicht plastisch formbar. Die Thermoelaste werden unterschieden in Duroplaste, die als Kabelisolierstoffe nicht von Bedeu- tung sind, und Elastomere (Bild 2.17). Weitere Eigenschaften werden in Tabelle 2.9 aufgelistet. Isolierstoff Dichte g/cm3 elektrische Eigenschaften thermische Eigenschaften Permit - tivitäts - zahl Verlust- faktor zulässige Leitertemperatur spezifi- scher Wärme - wider - stand r tan  Dauer- betrieb Kurz- schlussfall 10 -3 °C °C K · m/W imprägniertes Papier 1 3,5 3–9 55–803) 135–1801) 6,0 PVC 1,3 4 < 80 70 140–1602) 6,0 PE 0,93 2,3 0,5 70 150 3,5 VPE 0,93 2,3 0,5 90 250 3,5 EPR 1,33) 333) 53) 60–903) 250 5,03) Tabelle 2.9 Elektrische und thermische Eigenschaften verschiedener Isolierstoffe 1) abhängig von der Nennspannung 2) abhängig vom Leiterquerschnitt 3) abhängig von der Mischung (in einer bestimmten Bandbreite) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 61 Polyvinylchlorid (PVC) Reines PVC ist ein harter, weißer Stoff, der in dieser Form als Kabel- isolierung nicht verwendet werden kann. Um die vielfältigen Anforderun- gen einer Kabelisolierung zu erfüllen, wird das PVC vor der Extrusion mit Füllstoffen, Weichmachern, Stabilisatoren, Farbpigmenten und Gleit- mitteln vermischt. Füllstoffe verbessern die thermischen Eigenschaften und die Verarbeit- barkeit der Mischung. Als Füllstoffe finden Kreide und Kaolin Verwendung. Weichmacher sind ölartige Substanzen, welche die intermolekularen Kräfte des PVC vermindern. Sie haben die Aufgabe, die Einfriertempe- ratur auf –10 bis –30 °C herabzusetzen und so die Geschmeidigkeit bei Gebrauchstemperatur zu erhöhen. Stabilisatoren verhindern den durch Licht und Wärme verursachten Abbau des PVC-Makromoleküls durch Binden von Spaltprodukten und freien Radikalen. Stabilisatoren bestehen meist aus einer Kombination von basischen und organischen Bleiverbindungen. PVC-isolierte Kabel haben hohe dielektrische Verluste. Die Anwendung ist somit auf den Spannungsbereich bis 10 kV begrenzt. Nachteilig wirkt sich weiterhin die Sprödigkeit des Materials bei tiefer Temperatur aus. Bei sehr hoher Temperatur wirkt die Entstehung des Chlorwasserstoffes brandhemmend. Der im Brandfall freigesetzte Chlorwasserstoff ist jedoch giftig und korrosionsfördernd. PVC ist chemisch beständig, was- serunempfindlich und hat eine hohe Lebensdauer (Alterungsbeständig- keit). Die zulässige Betriebstemperatur liegt je nach Nennspannung bei 65 oder 70 °C. Polyethylen (PE) In den aktuellen DIN-VDE-Bestimmungen ist PE als Isolierstoff für Stark- stromkabel nicht mehr enthalten. Es wurde durch das vernetzte Poly- ethylen (VPE) ersetzt. Da PE das Grundmaterial für VPE ist, werden hier trotzdem die prinzipiellen Merkmale beschrieben (Bild 2.18). PE ist ein teilkristallines Material, d.  h. es besteht aus kristallinen (räum- lich geordneten) Bereichen, die durch amorphe (ungeordnete) Bereiche unterbrochen sind. Der Werkstoff PE ist ein reiner Kohlenwasserstoff www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 62 und hat sehr geringe dielektrische Verluste und eine niedrige Permitti- vitätszahl. Die Durchschlagfestigkeit des reinen Werkstoffes ist sehr hoch, sinkt jedoch bei den erforderlichen Isolierwanddicken deutlich ab. Nachteile des PE sind die Brennbarkeit, die Quellung in Mineralölen, der hohe Ausdehnungskoeffizient und die Unbeständigkeit gegen UV- Strahlung. Die zulässige Betriebstemperatur liegt bei 70 °C. Vernetztes Polyethylen (VPE) Zur Verbesserung des Temperaturverhaltens wird PE vernetzt. Hierbei werden die Fadenmoleküle des PE räumlich verknüpft. Im internationa- len Sprachgebrauch spricht man daher von crosslinked Polyethylene (XLPE). Im Bereich der Mittel- und Hochspannung wird die peroxidische Trockenvernetzung angewendet [2.15]. Das Silan-Vernetzungsverfah- ren hat sich in Deutschland nur im Bereich der Niederspannung durch- gesetzt. Eine weitere Möglichkeit zur Vernetzung ist die energiereiche Bestrahlung. Bei allen Arten der Vernetzung müssen dem PE Zusatzstoffe beigefügt werden, die reaktionsfähige Stellen an den Polymerketten erzeugen. Unter Zufuhr von Energie (Wärme, Druck, Strahlung) erfolgt dann die dreidimensionale Vernetzung der Moleküle. Bild 2.18 Struktur und Eigenschaften von Polyethylen unvernetzt (PE) und vernetzt (VPE) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 63 Bis zum Schmelzbereich der Kristalle (110 bis 115 °C) hat VPE etwa gleiche Eigenschaften wie PE. Im Gegensatz zu PE ist VPE bei höheren Temperaturen formbeständig, es verhält sich mechanisch wie weiches Gummi. Deshalb sind für VPE-isolierte Kabel höhere Leitertemperaturen zulässig als für PE-isolierte Kabel (siehe Abschnitt 2.5.2.4). Die zuläs- sige Betriebstemperatur liegt bei 90 °C. Ethylen-Propylen-Gummi (EPR) EPR (ethylene propylene rubber) dient als Oberbegriff für unterschied- liche Isolierstoffmischungen auf der Basis von Ethylen-Propylen-Kaut- schuk, die verschiedene Füllstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren und Vernetzungsmittel (Vulkanisationsmittel) enthalten. Diese Elastomermi- schungen werden in Deutschland als Isolierstoff für Sonderanwendun- gen, z. B. im Bergbau und Schiffbau eingesetzt. Sie sind sehr flexibel und verbinden gute elektrische Eigenschaften mit guter Alterungsbe- ständigkeit. Im Ausland sind EPR-Kabel bis 150  kV im Einsatz. Die zu- lässige Betriebstemperatur liegt je nach Mischung bei 60 bis 90 °C. 2.5.2.4 Vergleich der Isolierstoffe In Tabelle 2.10 sind die betrieblichen Vor- und Nachteile der verschie- denen Isolierstoffe dargestellt. Einige Angaben zu deren elektrischen und thermischen Eigenschaften sind Tabelle 2.9 zu entnehmen [2.11, 2.12]. Tabelle 2.10 Vor- und Nachteile verschiedener Isolierstoffe Isolierstoff Einsatzbereich in Deutschland Vorteile Nachteile imprägniertes Papier 1 – 400 kV – sehr lange Erfahrung – unempfindlich gegen einzelne Fehlstellen durch geschichtetes Dielektrikum und Selbstheileffekt – hohe elektrische Festigkeit – gute thermische Eigenschaften – empfindlich gegen Feuchte – aufwändige Montage durch spezialisierte Monteure – wenig geeignet für große Höhenunter- schiede – hohes Kabelgewicht www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 64 2.5.3 Innere und äußere Leitschicht Auf die Leiter von Mittel- und Hochspannungskabeln wird eine schwach leitende Schicht aufgebracht, die das elektrische Feld an der Leiterober- fläche homogenisiert (Bild 2.19). Diese innere Leitschicht verhindert die Entstehung von Teilentladungen an der Grenzschicht zwischen Leiter und Isolierung. Außerdem mindert die innere Leitschicht die mechani- sche und thermische Beanspruchung der Isolierung bei Kurzschlüssen. Verwendet werden je nach Isolierung leitfähige Papier- bzw. Gewebe- bänder. Leitfähiger Kunststoff wird in einem Arbeitsgang zusammen mit der Isolierung extrudiert. Bild 2.19 zeigt die Wirkung der Leitschichten Tabelle 2.10 (Fortsetzung) Vor- und Nachteile verschiedener Isolierstoffe Isolierstoff Einsatzbereich in Deutschland Vorteile Nachteile PVC 1 – 6 kV – lange Erfahrung – einfache Verarbei- tung – einfache Montage – flammwidrig – geringe thermische Festigkeit – nicht geeignet für U > 10 kV – Versprödung bei niedriger Temperatur PE in Deutschland durch VPE ersetzt – hohe elastische Festigkeit – gute elektrische Eigenschaften – einfache Montage – geringe thermische Festigkeit – brennbar VPE 1 – 400 kV (500 kV) – hohe elastische Fes- tigkeit – gute thermische Eigenschaften – gute elektrische Eigenschaften – einfache Montage – hohe Anforderungen an Fertigungs - technologie – brennbar EPR 1 – 110 kV in Sonderfällen – sehr flexibel – großer zulässiger Temperaturbereich – geringe Zugfestigkeit www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 65 Bild 2.20 Vergleich der Feldverteilung bei dreiadrigen papierisolierten Mittelspannungskabeln (Darstellung der Augenblickswerte in einem Drehstromsystem) auf die Feldsteuerung in der Isolierung. Weitere Informationen zu Feld- steuerungen siehe Abschnitt 3.2.2. Die Leitfähigkeit wird durch Zugabe von speziellem Ruß erreicht. Bild 2.19 Auswirkung der inneren Leitschicht auf den Feldlinienverlauf www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Entsprechend der inneren Leitschicht wird auch über der Isolierung (siehe Abschnitt 2.5.2) eine glatte, leitfähige Schicht –  die äußere Leit- schicht  – aufgebracht, die mit dem Schirm elektrisch verbunden ist. Durch diese beiden Leitschichten wird der Isolierstoff elektrisch gleich- mäßig belastet, lokale Feldstärkeüberhöhungen treten nicht auf. Wird bei mehradrigen Kabeln über der Isolierung jedes Einzelleiters eine äußere Leitschicht aufgebracht, so ergeben sich gleichmäßige Feldverteilungen, und die Zwickelräume bleiben feldfrei (Bild 2.20). Verwendet werden je nach Isolierung leitfähiges Papier oder extrudierter leitfähiger Kunststoff. 2.5.4 Schirm und konzentrischer Leiter 2.5.4.1 Schirm Der Schirm besteht aus Kupferdrähten mit Querleitwendel oder -bän - dern, die um die Kabelader oder bei mehradrigen Kabeln um die ver- seilten Adern gelegt sind. Er dient als Berührungsschutz und zum Leiten der Ableit- und Fehlerströme. Unter bestimmten Voraussetzungen kann bei bestimmten Kabelbauarten (z. B. bei PVC-isolierten Kabeln für Nennspannungen bis 10  kV) die Stahlflachdrahtbewehrung als Schirm verwendet werden. Die Mindestschirmquerschnitte sind DIN VDE 0276 zu entnehmen. 2.5.4.2 Konzentrischer Leiter Bei Niederspannungskabeln kann der vierte Leiter – entweder Neutral- leiter (N) oder kombinierter Neutral- und Schutzleiter (PEN) – auch als konzentrischer Leiter ausgeführt werden. Dabei können die Kupfer- drähte seilförmig um die anderen Adern gewickelt oder als Ceander-Lei- ter ausgeführt sein. In beiden Fällen ist eine Querleitwendel vorhanden. Bei der Ceander-Konstruktion mit wellenförmig um die anderen Adern gelegten Drähten ist eine Abzweigmuffenmontage möglich, ohne den vierten Leiter zu unterbrechen. 2.5.5 Mantel Zum Schutz der Kabelisolierung gegen äußere mechanische und chemische Einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, ist ein Mantel erfor- derlich. 66 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.5.5.1 Kunststoffmantel Werkstoffe für Kunststoffmäntel sind PVC und PE. Deren Vorteile sind das geringe Gewicht, die gute Biegsamkeit, die Abriebfestigkeit sowie die Erschütterungs- und Korrosionsbeständigkeit. Allerdings sind Kunst- stoffe im Gegensatz zu Metall nicht diffusionsdicht gegen Wasser. Bei Niederspannungskabeln wird als Mantelmaterial am häufigsten PVC verwendet. Die Gründe hierfür sind seine Widerstandsfähigkeit gegen- über chemischen Einflüssen, seine Flammwidrigkeit, Mikrobenfestigkeit und Erschütterungsunempfindlichkeit. Die Zusammensetzung der ein- zelnen Komponenten, die eine gebrauchsfähige PVC-Mischung erge- ben, wird den besonderen Anforderungen, die hauptsächlich in mechanischer und thermischer Festigkeit liegen, angepasst. PE-Mäntel haben gegenüber PVC bessere mechanische Eigenschaf- ten, eine kleinere Wasserdampf-Diffusionskonstante [2.16] und günsti- gere Gleiteigenschaften. PE-Mäntel haben eine höhere mechanische Resistenz als PVC-Mäntel bei gleichzeitiger guter Flexibilität. VPE-isolierte Mittel- und Hochspannungskabel werden heute fast aus- schließlich mit PE-Mänteln versehen. Die schwarz eingefärbten Kabel- mäntel sind UV-beständig (DIN VDE 0276). 2.5.5.2 Metallmantel Seit Beginn der Kabeltechnik wird Blei für die Herstellung von Kabel- mänteln verwendet. Da reines Blei gegenüber Schwingungen, Erschüt- terungen und Vibrationen nicht ermüdungssicher ist, sondern zu interkristalliner Rissbildung neigt, ist in Deutschland nach DIN 17640 schwach kupferlegiertes Blei (Kabelblei) vorgeschrieben. Höhere Anfor- derungen an die Dauerfestigkeit erfüllen Legierungen, z.  B. mit Tellur. Der Bleimantel wird nahtlos aufgepresst; er hat eine gute Biegefähigkeit und ist unempfindlich gegen viele chemische Einflüsse. Als Nachteile sind sein hohes Gewicht, seine geringe Elastizität und mechanische Festigkeit sowie die Empfindlichkeit gegen Erschütterungen zu nen- nen. Vereinzelt wird noch Aluminium als Mantelmaterial verwendet. Es wird ähnlich wie Blei nahtlos auf die Kabelader aufgepresst. Die gegenüber 67 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Blei geringere Biegefähigkeit des Aluminiums kann bei größeren Kabel- durchmessern durch Wellen des Mantels (Wellmantel) verbessert werden. Das niedrige Gewicht des Aluminiums, ferner seine hohe Elas- tizität, mechanische Festigkeit, Erschütterungsbeständigkeit und seine gute elektrische Leitfähigkeit sind gegenüber Blei hervorragende Merk- male. Als gravierender Nachteil hat sich die hohe Korrosionsempfind- lichkeit erwiesen. Aluminiummäntel erfordern daher stets einen guten Korrosionsschutz, der gegen mechanische und elektrische Beanspru- chungen beständig sein muss. Kunststoffisolierte Kabel benötigen im Allgemeinen keinen Metallmantel. Als Diffusionssperre kann jedoch ein Schichtenmantel eingesetzt wer- den (querwasserdichtes Kabel). Er besteht aus einer Aluminium- oder Kupferfolie, die mit dem PE-Mantel (äußere Schutzhülle) fest verklebt ist. Kabel mit Nennspannungen ab 60  kV werden üblicherweise quer- wasserdicht ausgeführt. 2.5.6 Bewehrung Die Bewehrung soll das Kabel gegen mechanische Schäden bei Trans- port und Einbau schützen. Bei papierisolierten Kabeln mit Bleimantel ist allgemein eine Stahlbandbewehrung, bestehend aus zwei überlappend gewickelten, mit bituminöser Masse überzogenen oder feuerverzinkten Stahlbändern ausreichend. Die Dicke der Bänder richtet sich nach dem Kabeldurchmesser. Für größere Zugbeanspruchungen – wie sie beim maschinellen Ziehen von Kabeln auftreten können, z.  B. bei Verwendung in Rohrsystemen, bei Seekabeln oder in Bergwerksanlagen – sind Bewehrungen aus Stahldrähten je nach Beanspruchung als Flach- oder Runddraht vorzu- sehen. In Sonderfällen erhalten einadrige Kabel eine Stahldrahtbeweh- rung aus unmagnetischem Werkstoff oder, z.  B. bei Niederdruck- Ölkabeln aus Kostengründen, eine offene Stahldrahtbewehrung. Bei Kabeln mit Aluminiummantel kann wegen der größeren Festigkeit dieses Mantels auf eine Bewehrung verzichtet werden. Kunststoffkabel werden im Allgemeinen ohne Bewehrung verwendet. 68 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.5.7 Schutzhülle Bei den im Bestand befindlichen Kabeln mit Papierisolierung, siehe Bau- arten in Abschnitt 2.7 und bei Seekabel heutiger Bauart werden als Schutz gegen Korrosion Schutzhüllen eingesetzt. Bei bewehrten Kabeln unterscheidet man eine innere Schutzhülle zwi- schen Mantel und Bewehrung und eine äußere Schutzhülle über der Be- wehrung. Die innere Schutzhülle verhindert außerdem Beschädigungen des Mantels durch die Bewehrung. Für die Ausführung der verschiede- nen Arten von Schutzhüllen gelten die Bestimmungen in den Teilen der Norm DIN VDE 0276. Die innere Schutzhülle besteht meistens aus mehreren Papier- oder Fa- serstofflagen, die mit bituminöser Masse getränkt sind. Zur Erhöhung des Korrosionsschutzes können Kunststofffolien als Zwischenschichten eingebracht sein. Die äußere Schutzhülle besteht aus Faserstoffen oder einer extrudierten Hülle aus Kunststoff. Bei Verwendung von getränkten Faserstoffen er- hält die äußere Schutzschicht einen nichtklebenden Überzug – z.  B. aus Schlämmkreide – um ein Verkleben des Kabels auf der Kabelspule zu vermeiden. Der Korrosionsschutz von Mehrmantelkabeln besteht aus Bitumen und Kunststoffbändern. Kabelmäntel aus Aluminium werden ausschließlich durch eine Schicht aus verklebten Kunststoffbändern gegen Korrosion geschützt. Die äu- ßere Schutzhülle besteht aus extrudiertem Kunststoff (PVC oder PE). 2.5.8 Weitere Kabelaufbauelemente 2.5.8.1 Zwickelfüllung Der innere Bereich zwischen den einzelnen Adern eines mehradrigen Kabels wird als Zwickel bezeichnet. Dieser Hohlraum kann mit einem so genannten Beilauf ausgefüllt werden. Bei papierisolierten Kabeln ver- wendet man dafür ein ölgetränktes Faserseil (Jute oder Papier). Bei kunststoffisolierten Kabeln besteht diese Zwickelfüllung aus Kunststoff (z. B. Polypropylen oder unterschiedliche Recyclate). Durch den Einsatz 69 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 von Zwickelfüllungen soll eine Ausbreitung eingedrungener Feuchtigkeit zwischen den Adern oder ein Wegfließen von Vergussmasse bei der Garniturenmontage vermieden werden. 2.5.8.2 Aufpolsterelemente Aufpolsterelemente haben unterschiedliche Funktionen – z. B. Herstel- lung einer möglichst kreisrunden Außenkontur bei mehradrigen Kabeln – und bestehen je nach Anwendungsfall aus unterschiedlichen Materialien. 2.5.8.3 Elemente zur Herstellung der Längs- und Querwasser- dichtheit Soll die Ausbreitung von Wasser oder Feuchtigkeit im Kabel und damit ein Eindringen in die Isolierung verhindert werden, bettet man die Schirmdrähte in ein quellfähiges Material (Quellvlies) ein. Hierdurch wird die weitere Ausbreitung von beispielsweise nach einer Mantelbeschä- digung in das Kabel eingedrungenem Wasser in Längsrichtung des Schirms verhindert. Da durch alle polymeren Grundstoffe – wenn auch in sehr unterschied- lichem Maß – Wasserdampf hindurchdiffundieren kann, bietet ein Kunst- stoff-Außenmantel allein keinen absoluten Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in Querrichtung des Kabels. Wenn diese Querwasser- dichtheit gefordert wird, kann zwischen dem Kupferschirm und dem PE- Mantel des Kabels als Diffusionssperre ein einseitig kunststoff - beschichtetes Aluminiumband in Längsrichtung eingelegt und mit dem PE-Mantel sowie an der Überlappungsstelle dicht verbunden werden (Al-Schichtenmantel). 2.6 Alterung von Starkstromkabeln Für die Lebensdauer eines Kabels ist, wenn es nicht durch äußeren Ein- fluss beschädigt wird, die Lebensdauer des Isolierstoffes entscheidend. Über die gesamte geforderte Lebensdauer sollten die an eine Kabeliso- lierung gestellten Anforderungen möglichst in gleich bleibender Qualität erfüllt werden, d. h. ein sehr wichtiges Kriterium ist die Alterungsbestän- digkeit eines Dielektrikums. Allgemein versteht man unter Alterung die 70 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Änderung anfänglicher Eigenschaften durch unterschiedliche Einwirkun- gen über der Zeit. Die wesentlichen Einwirkungen auf die Isolierung sind elektrischer, thermischer, chemischer und mechanischer Art sowie deren gegenseitig sich verstärkende Wechselwirkung. Der Isolierstoff wird während des Betriebs elektrisch durch die Höhe der Be- triebsspannung sowie durch gelegentliche kurzzeitige Überspannungen und thermisch durch Stromwärmeverluste beansprucht. Dadurch erfolgt eine Al- terung des Isoliermaterials. Die Geschwindigkeit des Alterungsvorgangs durch thermische Einwirkung ist von der Temperatur und deren Einwirkungs- zeit abhängig. Außerdem ergibt sich eine Alterung infolge von Temperatur- wechseln. Dadurch können z. B. kleine gasgefüllte Hohlräume entstehen, in denen bei genügend hoher Feldstärke Glimmerscheinungen auftreten. Alterungsprozesse verursachen eine kontinuierliche Abnahme der Spannungsfestigkeit, die innerhalb der Lebensdauer eines Kabelsys- tems keinesfalls auf die im Betrieb zu erwartende maximale Spannung absinken darf. Je nach Art des betrachteten Isoliersystems – geschichtete Dielektrika (Papierisolierung) – homogene Dielektrika (Kunststoffisolierung) kann es zu unterschiedlichen Alterungsprozessen kommen, wobei ver- schiedene Spezifika zu beachten sind. 2.6.1 Alterungsprozesse in Papierisolierungen Ein typischer Alterungsprozess bei Papierisolierungen ist eine chemische Zersetzung der Tränkmasse auf Grund der unterschiedlichen Dielektri- zitätszahlen ɛr von Papier und Tränkmasse (siehe Abschnitt 2.4.1); durch die wesentlich stärkere elektrische Belastung der Tränkmasse kann es unter ungünstigen Umständen zu einer Verharzung der Tränkmasse kommen [2.13]. Dies hat eine Viskositätsänderung zur Folge, so dass im ungünstigen Fall die Tränkmasse nicht mehr nachfließen kann, und macht sich in einem Anstieg des tan  bemerkbar. Die Verlustfaktormes- sung ist daher eine aussagefähige Prüfung (siehe Abschnitt 8.1.1). In Gefällstrecken können sich durch Masseabwanderung Trockenzonen in der Kabelisolierung bilden. In die entstandenen Hohlräume zwischen 71 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 zwei Papierlagen kann keine Imprägniermasse nachfließen und auftre- tende Teilentladungen können zu einer beschleunigten Alterung führen. Ein weiterer Mechanismus, der zu einer vorzeitigen Alterung papieriso- lierter Kabel führt, ist die Korrosion des Bleimantels („Bleifraß“), in des- sen Folge Feuchtigkeit in das Kabel eindringen kann, was schließlich zum Durchschlag der Isolierung an der betroffenen Stelle führt. 2.6.2 Alterungsprozesse in Kunststoffisolierungen Bei Kabeln mit homogener Isolierung kann es unter ungünstigen Bedin- gungen (z. B. Lastspiele) durch Wärmeausdehnung des Leiters zu einer unzulässigen Druckbeanspruchung und sogar zu Verformungen und Verklebungen der Isolierung kommen, was neben einem negativen Ein- fluss auf das elektrische Verhalten auch Auswirkungen z. B. auf Zug- festigkeit bzw. Bruchdehnung des Isolierstoffs hat. Speziell bei PVC-isolierten Kabeln können sich diese mechanischen Eigenschaften durch Weichmacherverlust stark verschlechtern. Wegen relativ großer Ausdehnungskoeffizienten bei VPE- (und PE-) Kabeln können sich im Aufbau der Isolierung Hohlräume bilden. Zur vorzeitigen Alterung organischer Isolierstoffe, insbesondere bei dem für Mittel- und Hochspannungskabel verwendeten vernetztem Polyethy- len (VPE), kann es bei Vorhandensein von Störstellen in der – ansons- ten homogenen – Isolierung und Anliegen eines elektrischen Feldes kommen. Kritisch ist die Entstehung von Entladungskanälen im Dielektrikum, die wegen ihrer verästelten, bäumchenartigen Struktur auch als „trees“ be- zeichnet werden. Man unterscheidet – Electrical tree – Water tree – Electrochemical tree Diese Strukturen werden nun näher beschrieben. Bereits 1972 wurde aus den USA über Häufungen von Fehlern an PE- und VPE-isolierten Mittelspannungskabeln mit grafitierter äußerer Leit- schicht berichtet [2.17]. Bei diesen Kabeln waren nicht wie bei den heu- 72 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 tigen Kabeln die äußere Leitschicht fest verschweißt und extrudiert, son- dern mit einem Grafitpulver beschichtet. In den 1980er Jahren traten auch in Deutschland zunehmend innere Fehler an kunststoffisolierten Mittelspannungskabeln auf. Bei diesen Kabeln wurden in der Umgebung der Fehlerstelle water trees (Wasserbäumchen) festgestellt [2.18]. Nachfolgend werden die verschiedenen Formen des treeing (Bildung von Bäumchen) in festen Isolierungen und ihre Bedeutung kurz erörtert. Man unterscheidet electrical trees (elektrische Bäumchen), water trees (Wasserbäumchen) und electrochemical trees (elektrochemische Bäum- chen). Trees können entstehen, wenn die Isolierung Störstellen aufweist und ein elektrisches Feld anliegt. Trees der verschiedensten Arten sind bislang in allen organischen Kabelisolierstoffen einschließlich des öl- oder masseimprägnierten Papiers festgestellt worden. 2.6.2.1 Electrical tree Unter electrical trees versteht man bleibende Entladungskanäle, bei denen der Isolierstoff durch schnelle Bewegung von Elektronen abge- baut wurde. Die Entladungskanäle haben die Form von feinen Veräste- lungen, die meist von einem Punkt an einer Grenzfläche ausgehen. Ausgangspunkt können Hohlräume (voids) und Fremdeinschlüsse (con- taminants) in der Isolierung, Unregelmäßigkeiten an Grenzschichten oder Verunreinigungen in den Leitschichten sein. Derartige trees können den vollständigen elektrischen Durchschlag einleiten (Bild 2.21). 73 Bild 2.21 Electrical tree www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 2.6.2.2 Water tree Water trees können sich, wie auch electrical trees, in allen organischen Isolierstoffen bilden. Water trees können entstehen, wenn die Isolierung Unregelmäßigkeiten aufweist, Wasser bzw. Feuchtigkeit vorhanden ist und ein elektrisches Feld anliegt. Man unterscheidet zwischen vented trees (Bild 2.22) und bow-tie trees (Bild 2.23). Bild 2.23 Bow-tie tree Bild 2.22 Vented tree 74 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Vented trees entstehen meist an Unregelmäßigkeiten der Grenzschich- ten zwischen Isolierung und Leitschichten. Jedoch führt nicht jede Fehl- stelle zu einem tree. Das Vorhandensein von Inhomogenitäten, z.  B. Verunreinigungen, scheint für das Entstehen von trees wichtiger zu sein als eine hohe Feldstärke. Bild 2.24 Electrical tree an einem water tree in der VPE-Isolierung 75 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bow-tie trees entstehen immer an Fehlstellen in der Isolierung, z.  B. mi- kroskopisch kleinen Verunreinigungen und Hohlräumen, jedoch nicht an jeder Fehlstelle. Sie wachsen von beiden Seiten einer Störstelle in Rich- tung des elektrischen Feldes. Ihr Wachstum ist begrenzt, da der Was- sernachschub endlich ist; daher sind sie weniger gefährlich als die vented trees, die von der äußeren oder inneren Leitschicht aus vorwach- sen und bei Erreichen einer kritischen Länge den Durchschlag der Iso- lierung einleiten können, indem sie zu einem electrical tree umschlagen. Water trees unterscheiden sich von electrical trees in folgenden Punk- ten: – Sie stellen einen geschädigten Bereich der Isolierung dar, in dem sich freies Wasser befindet. – Ihre Bildung erfolgt relativ langsam. – Sie lassen sich im Allgemeinen nur durch Einfärben der Isolierung optisch nachweisen. Ein Nachweis einzelner trees durch elektrische Messungen gelang bisher nicht. – Sie können auch in elektrischen Feldern mit relativ geringer Feld- stärke entstehen. Schäden an Kabeln sind dann zu erwarten, wenn water trees soweit ge- wachsen sind, dass sie einen großen Teil der Isolierstrecke überbrü- cken, oder wenn water trees in electrical trees umschlagen (Bild 2.24). 2.6.2.3 Electrochemical tree Electrochemical trees entstehen, wenn mit Ionen angereichertes Wasser in der Isolierung auftritt und sich diese Ionen in der Isolierung absetzen. Fortgeschrittene Bildung von water trees führte bei bestimmten Chargen PE- und VPE-isolierter Mittelspannungskabel zu Serienausfällen. Diese Kabel hatten eine grafitierte äußere Leitschicht und stammten aus den Herstellungsjahren von etwa 1973 bis 1980. Die Ursachen der Ausfälle wurden in Zusammenarbeit von Kabelherstellern und -betreibern sowie Universitäten und Prüfinstituten weitgehend geklärt. Dadurch konnten Werkstoffauswahl, Kabelkonstruktion, Herstell- und Prüfverfahren sig- nifikant verbessert werden. Die Erfahrungen sind in DIN VDE 0276-620 eingeflossen. Entsprechend gefertigte VPE-Mittelspannungskabel wer- den seit ca. 30 Jahren eingesetzt und haben bisher keine alterungsbe- dingten Ausfälle gezeigt. 76 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Besonderheiten der kunststoffisolierten Kabel spiegeln sich in zwei im Rahmen der Typ- und Stückprüfung angewandten Prüfverfahren wider, die bei papierisolierten Kabeln in den diesbezüglichen DIN-VDE- Bestimmungen nicht vorgeschrieben sind: der Teilentladungsmessung und der Langzeitprüfung. Die Teilentladungsmessung [2.16, 2.19, 2.20] dient zur Feststellung von eventuell in der Kabelisolierung vorhandenen Hohlräumen. Im Rahmen der speziell für VPE-isolierte Mittelspannungskabel nach DIN VDE 0276-620 vorgeschriebenen Langzeitprüfung wird über einen Zeitraum von zwei Jahren unter beschleunigenden Parametern (s. u.) das Alterungsverhalten überprüft. Kabeln, die diese Langzeitprüfung er- folgreich bestehen, kann eine ausreichend lange Lebensdauer attestiert werden [2.21]. Diese – ursprünglich in Deutschland entwickelte und dort zunächst national gültige – so genannte „VDE-Langzeitprüfung“ wurde im Jahr 2001 durch CENELEC TC 20 harmonisiert und ist somit euro- paweit gültig [2.22]. Zur Aufrechterhaltung der Zeichengenehmigung muss neben der einmal bestandenen Typprüfung die laufende fertigungsbegleitende Prüfung durchgeführt werden. Dazu werden pro Jahr 12 Proben der laufenden Fertigung entnommen, von denen jeweils die Hälfte für ein Jahr bzw. zwei Jahre unter den gleichen beschleunigenden Parametern wie im Rahmen der Typprüfung gealtert wird: – Lagerung im Wasserbad; Temperatur 40 °C – Dauerspannung 3 · U0 Im Anschluss an die Alterung erfolgt im Rahmen von Stufentests [2.23] die Ermittlung der Restfestigkeit, wobei aus der Durchschlagspannung und der Kabelgeometrie die Durchschlagfeldstärken E bestimmt wer- den, die folgende Anforderungen erfüllen müssen: – alle sechs Ergebnisse E1 = 23 kV/mm und – mindestens vier dieser Ergebnisse E2 = 29 kV/mm und – mindestens zwei dieser Ergebnisse E3 = 35 kV/mm (oder alle sechs Werte ≥ E2) Die guten Ergebnisse der fertigungsbegleitenden Prüfungen bei den Her- stellern, die ihre Mittelspannungskabel gemäß DIN VDE 0276-620 pro- duzieren, bestätigen die hohe Langzeitqualität der heute produzierten 77 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 www.janus-wa.de Tausende Kilometer verlegter Kabel, unzählige Muffen, Endverschlüsse und Stecker von Südkabel sichern die Energie versorgung in Deutschland und in den Metropolen der Welt. DAMIT IHRE ENERGIE GUT ANKOMMT. WIR STEIGERN DEN PULS DER STADT. www.suedkabel.de www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kabel. Wie Bild 2.25 zeigt, liegen die nach zwei Jahren beschleunigter Alterung gemessenen Restfestigkeiten deutlich oberhalb von 30 kV/mm, was bei einem 20-kV-Kabel etwa 10 · U0 entspricht. 2.6.3 Teilentladungen An Fehlstellen in der Isolierung treten lokale Feldstärkeerhöhungen auf, wodurch beispielsweise in einem Lufteinschluss bereits bei einer ver- hältnismäßig niedrigen anliegenden Spannung die so genannte Teilent- ladungseinsetzspannung erreicht werden kann. Die dann auftretenden Teilentladungen, vor allem in gasgefüllten Hohl- räumen der Isolierung, können bei anstehender Spannung und zuneh- mender Ausbreitung der Entladung nach ausreichend langer Einwirkdauer unter Zerstörung der Isolierung auch zu einem vollkom- menen Durchschlag führen. Besonders gefährdet sind hier Kabel mit nicht geschichtetem Dielektrikum, also Kunststoffkabel mit homogener, extrudierter Isolierung (s. u.). 79 Bild 2.25 Ergebnisse der fertigungsbegleitenden Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln nach DIN VDE 0276-620 im Produktionszeitraum 2000 bis 2016 (Quelle: Auswertung des ad hoc AK „Langzeitprüfung“ im UK411.1, Stand: August 2017) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Teilentladungen in Kabeln sind örtliche elektrische Entladungen, welche die Isolierung zwischen Hochspannungs- und Erdpotenzial nur teilweise überbrücken. Ihre Stromstärke wird nicht durch den Innenwiderstand der Spannungsquelle, sondern durch den beschränkten Energieinhalt von Teilkapazitäten und durch Raumladungen begrenzt. Teilentladungen – üblicherweise auch kurz als „TE“ bezeichnet – können in Hohlräumen eines Dielektrikums „brennen“. Schon bei vergleichs- weise kleinen Spannungen finden in diesen Hohlräumen innere Entla- dungen statt, die im Lauf der Zeit den Oberflächenwiderstand des Hohlraums verringern. Schließlich wird der Hohlraum leitend, was wie- derum die zur Verfügung stehende Isolierstrecke verringert und somit eine Abnahme der Lebensdauer der Isolierung – und somit eine be- schleunigte Alterung – zur Folge hat. Erreicht die Spannung – oder besser die Feldstärke – den für den Ioni- sationsprozess erforderlichen Wert Ui (Einsetzspannung), so setzt eine Funkenentladung ein, und die Spannung am Hohlraum bricht zusam- men. Nach Unterschreiten der Brennspannung Ue (Aussetzspannung) des Funkens reißt die Entladung ab, und die Hohlraumkapazität wird erneut aufgeladen. Bild 2.26 zeigt das Ersatzschaltbild für eine Isolierung mit einem Hohl- raum [2.3]. C1 stellt die Kapazität des Hohlraums dar, die bei Überschrei- ten einer bestimmten Zündspannung durchschlägt. Dies wird durch die Funkenstrecke F repräsentiert. Die bei der Entladung umgesetzte Ener- gie fällt gemäß dem Ersatzschaltbild im Widerstand R an. Im Gegensatz zu Koronaentladungen, wie sie beispielsweise an Freilei- tungen auftreten, tritt hier die größte Entladungshäufigkeit nicht im Bereich des Scheitelwertes, sondern im Bereich der größten Spannungsänderung du/dt auf, also im Nulldurchgang der anliegenden Spannung. Bild 2.26 Ersatzschaltbild für einen Hohlraum in der Isolierung 80 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Hohlräume in papierisolierten Kabeln können, soweit keine geeigneten Maßnahmen dies verhindern, während des Betriebs entstehen. Entspre- chend den Belastungsschwankungen ist das Kabel Temperaturzyklen unterworfen. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Leitertränkmittel und metallenem Kabelmantel kann es in Folge des Wechsels von thermischer Ausdehnung und anschließendem Zusam- menziehen zu Hohlraumbildungen kommen. Diese Hohlräume sind meistens weder zeitlich noch örtlich konstant, sondern werden durch nachfließendes Tränkmittel wieder aufgefüllt und können an anderer Stelle neu entstehen. Auf Grund dieses „Selbstheilungseffekts“ sind TE in papierisolierten Kabeln deutlich weniger kritisch als in kunststoffiso- lierten Kabeln. Bei kunststoffisolierten Kabeln können Schwachstellen in der Isolierung durch fertigungsbedingte lokale Verunreinigungen sowie Inhomogenitä- ten der inneren und äußeren Leitschichten oder durch mikroskopisch kleine Lufteinschlüsse entstehen. An diesen Schwachstellen ergeben sich zusätzlich lokale Überhöhungen des elektrischen Feldes, welche die Materialfestigkeit örtlich überschreiten, wodurch es zu Teilentladun- gen und in Folge davon zu irreversiblen Schäden kommt. Bei einem fes- ten Dielektrikum kann naturgemäß kein Öl in vorhandene Hohlräume eindringen und diese wieder schließen, so dass Teilentladungen immer an derselben Stelle auftreten. Die durch Teilentladungsvorgänge in Mit- tel- und Hochspannungskabeln wichtigsten Wirkungen auf den Isolier- stoff sind: – Erosion, d. h. die mechanische Abtragung von Material durch Aufprall von Ionen auf die Isolierstoffwände – Chemische Wirkung, vor allem bei Kunststoffisolierungen unter gleich- zeitiger Anwesenheit von Feuchtigkeit – Injektion von Ladungsträgern, vorzugsweise Elektronen Teilentladungen bedeuten stets zusätzliche dielektrische Verluste, die als Ionisationsverluste bezeichnet werden. 2.7 Kabelbauarten 2.7.1 Übersicht der Bauarten Je nach Spannungsebene, geforderter Belastbarkeit, Umweltbedingun- gen sowie verfügbarer Garnituren- und Montagetechnik werden Kabel 81 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 entweder mit Papier-Masse-Isolierung, mit Papier-Öl-Isolierung oder mit Kunststoffisolierung eingesetzt. Die Bauart des Kabels wird durch Kurzzeichen angegeben (siehe Ab- schnitt 2.7.8). Kabel mit Papier-Masse-Isolierung Einadrige Kabel sind Nieder- und Mittelspannungskabel mit Metallman- tel und Schutzhüllen. Gürtelkabel sind mehradrige Nieder- und Mittelspannungskabel, die über den verseilten, isolierten Adern eine gemeinsame zusätzliche Um- wicklung aus Isolierpapier (Gürtel) und darüber einen Metallmantel mit Schutzhülle haben. Höchstädterkabel sind Mittelspannungskabel, die auf jeder Ader eine Schirmung aus metallisiertem Papier und über den verseilten Adern ein mit Metalldraht durchwirktes Band und einen Metallmantel mit Schutz- hülle haben. Dreibleimantelkabel sind Mittelspannungskabel, deren verseilte Adern jede für sich einen Bleimantel mit Schutzhülle aufweisen. Gasinnendruckkabel sind Hochspannungskabel, die in ein Stahlrohr ein- gezogen werden und bei denen Gas (meist Stickstoff) unter Druck in die Papierisolierung eindringt. Das Gas bildet somit einen Bestandteil der Isolierung. Gasaußendruckkabel sind Hochspannungskabel, die in ein Stahlrohr eingezogen werden und bei denen das Gas von außen über den Blei- mantel (wirkt als Membran) Druck auf die Isolierung ausübt. Dadurch wird die Bildung von Hohlräumen verhindert. Kabel mit Papier-Öl-Isolierung Niederdruck-Ölkabel sind Hochspannungskabel, deren Isolierung mit dünnflüssigem Öl getränkt ist und mit einem Druck von 0,15 – 0,8 MPa (1,5 – 8 bar) betrieben wird. 82 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Hochdruck-Ölkabel sind Hochspannungskabel, die in ein Stahlrohr ein- gezogen werden. Das dünnflüssige Öl im Stahlrohr steht unter einem Druck von ca. 1,6  MPa (16 bar) und verhindert die Hohlraumbildung in der Papierisolierung. Dieses Kabel ist in Deutschland nicht gebräuchlich. Kabel mit Kunststoffisolierung Kunststoffkabel sind Kabel mit einer extrudierten Kunststoffisolierung z.  B. aus PVC oder VPE. Üblich sind folgende Bauarten: – ein-, mehr- oder vieladrige Niederspannungskabel, zum Teil mit kon- zentrischem Leiter – ein- oder mehradrige Mittelspannungskabel mit Schirm – einadrige Hoch- und Höchstspannungskabel mit Schirm 2.7.2 Niederspannungskabel Bild 2.27 zeigt eine Zusammenstellung von Bauarten für Niederspan- nungskabel. Die seit Mitte der 1990er Jahre am meisten gefertigte Kabelbauart ist das PVC-isolierte, vieradrige Kabel; daneben sind dreiadrige PVC-iso- lierte Kabel mit konzentrischem Leiter und vieradrige VPE-isolierte Bild 2.27 Bauarten der Niederspannungskabel 83 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 84 Kabel auf dem Markt. Bei VPE-isolierten Kabeln ist vor allem die höhere Strombelastbarkeit von Vorteil. Aus mechanischen Gründen finden auch Konstruktionen mit einem PE-Mantel Verwendung. Bild 2.28 zeigt den typischen Aufbau eines vieradrigen Niederspannungskabels ohne kon- zentrischen Leiter und Bild 2.29 ein dreiadriges Kabel mit konzentri- schem Leiter. Bild 2.28 1-kV-Kunststoffkabel NAYY-J, vieradriges Kabel nach DIN VDE 0276-603 Bild 2.29 1-kV-Kunststoffkabel NYCWY, dreiadriges Kabel mit konzen - trischem Leiter (Ceanderkabel) nach DIN VDE 0276-603 1 eindrähtiger Sektorleiter 3 gemeinsame Aderumhüllung aus Aluminium 4 PVC-Außenmantel 2 PVC-Isolierung 1 mehrdrähtiger Sektorleiter 4 konzentrischer Leiter, wellenförmig, aus Kuper aus Kupfer 2 PVC-Isolierung 5 Querleitwendel aus Kupfer 3 gemeinsame Aderumhüllung 6 PVC-Außenmantel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 85 Papierisolierte Niederspannungskabel haben grundsätzlich den glei- chen Aufbau wie papierisolierte 10-kV-Kabel, siehe Bild 2.31. 2.7.3 Mittelspannungskabel Bild 2.30 zeigt eine Zusammenstellung der Kabelbauarten für Mittel- spannungskabel. Einige typische Bauarten sind in den Bildern 2.31 bis 2.33 dargestellt. Bild 2.30 Bauarten der Mittelspannungskabel Bild 2.31 Gürtelkabel NAKBA, dreiadriges papierisoliertes Kabel für 10  kV nach DIN VDE 0276-621 1 mehrdrähtiger Leiter 4 Bleimantel aus Aluminium 5 innere Schutzhülle 2 massegetränkte Papierisolierung 6 Stahlbandbewehrung 3 Gürtelisolierung 7 äußere Schutzhülle aus Faserstoffen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 86 Auf dem Gebiet der Mittelspannungskabel sind die klassischen Bau - arten der papierisolierten Kabel (Bilder 2.31 und 2.32) bei Neulegungen vollständig von VPE-isolierten Kabeln abgelöst worden. Papierisolierte Kabel werden z. T. noch zu Reparaturzwecken eingesetzt. Bild 2.32 Dreibleimantelkabel NAEKEBA, dreiadriges Mittelspannungs- kabel nach DIN VDE 0276-621 1 mehrdrähtiger Leiter 5 Bleimantel aus Aluminium 6 Korrosionsschutz 2 innere Leitschicht (Rußpapierlage) 7 innere Schutzhüllen 3 massegetränkte Papierisolierung 8 Stahlbandbewehrung 4 äußere Leitschicht 9 äußere Schutzhülle (Hochstädterfolie) aus Faserstoffen Bei den VPE-Mittelspannungskabeln überwiegt heute die Standardkon- struktion gemäß DIN VDE 0276-620 (Bild 2.33). Gebräuchlich sind daneben auch die längswasserdichte sowie die längs- und querwasserdichte Ausführung. Bei der längswasserdichten Konstruktion (z.  B. NA2XS(F)2Y) wird das Weiterfließen des Wassers im Schirmbereich, das bei einer Beschädigung in das Kabel eindringen kann, durch quellfähiges Vlies im Schirmbereich verhindert. Bei der längs- und querwasserdichten Ausführung (z.  B. NA2XS(FL)2Y) verhindert ein Aluminiumschichtenmantel das Eindringen von Feuchtig- keit (vergleichbare Konstruktionen wie bei 110-kV-Kabeln, siehe www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Als weltweit führender Hersteller für Kabel und Leitungen mit über 130 Jahren Erfahrung und einer kontinuierlichen Forschungs- und Entwicklungstätigkeit, zeichnet uns ein globales Fachwissen mit lokaler Präsenz aus. Dies macht eine enge Zusammenarbeit mit unseren Kunden möglich. Wir finden Lösungen, die Ihren Anforderungen bestens entsprechen und liefern die passenden Produkte und den Service - für nachhaltiges Wachstum und Rentabilität! Kontaktieren Sie uns: Prysmian Kabel und Systeme GmbH Alt Moabit 91D 10559 Berlin T: +49 (0) 30 3675 4522 E: kontakt@prysmiangroup.com OB IN DER LUFT, ZU LAND, IM WASSER ODER BEI IHRER SPEZIELLEN ANWENDUNG: MIT UNSEREN KABELN TREFFEN SIE IMMER DIE RICHTIGE ENTSCHEIDUNG! 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Im 110-kV-Netz werden Kabel überwiegend in Schaltanlagen und im städtischen Bereich eingesetzt, im Zuge der Netzeinbindung regenera- tiver Erzeugungsanlagen zunehmend auch in ländlichen Bereichen. In Bild 2.33 Standardkabelkonstruktion NA2XS2Y für Mittelspannung nach DIN VDE 0276-620 1 mehrdrähtiger Leiter 5 leitfähige Polsterung aus Aluminium 6 Schirm aus Kupfer 2 innere Leitschicht 7 Querleitwendel aus Kupfer 3 VPE-Isolierung 8 Trennschicht 4 äußere Leitschicht 9 PE-Außenmantel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 89 den Netzen werden noch viele Gasdruckkabel und Niederdruck-Ölkabel betrieben [2.24, 2.25]. Bei Neuanlagen werden seit einiger Zeit fast aus- schließlich VPE-isolierte einadrige Kabel eingesetzt. 2.7.4.1 Niederdruck-Ölkabel Beim Niederdruck-Ölkabel wird zur Isolierung ein Papier-Öl-Dielektrikum eingesetzt (Bild 2.35). Dabei ist im Gegensatz zum Massekabel die Tränkmasse sehr niederviskos. Sie steht unter einem Druck von 0,15 bis 0,8 MPa (1,5 bis 8 bar), wodurch eine Hohlraumbildung in der Isolie- rung verhindert wird. Bei Erwärmung dehnt sich das Öl aus und strömt, je nach Kabelbauart, im Hohlleiter (einadrige Kabel) oder in den Zwi- ckeln (dreiadrige Kabel) in Längsrichtung zu den Ausgleichsgefäßen, von denen es bei Abkühlung wieder zurückströmt. Auf diese Weise wer- den unzulässige Druckverhältnisse vermieden. Der Betriebsdruck kann auch durch Pumpen reguliert werden. Der Öldruck wird überwacht, um Abweichungen vom normalen Betriebszustand zu erkennen. Bei größeren Höhenunterschieden im Zuge der Kabeltrasse müssen Sperrmuffen eingesetzt werden, da sonst der statische Druck der Öl- säule größer werden kann als der maximal zulässige Betriebsdruck. Die Sperrmuffen unterteilen außerdem eine größere Kabelstrecke in meh- rere Ölspeiseabschnitte und begrenzen so das Ölvolumen sowie den dynamischen Druckanstieg bei Kurzschlüssen in diesen Abschnitten. Bild 2.34 Bauarten der Hochspannungskabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 90 Da der Bleimantel nur einen relativ niedrigen Druck aufnehmen kann, muss bei einadrigen Kabeln eine unmagnetische Druckschutzbandage oder ein druckfester Aluminiummantel verwendet werden. Dreiadrige Kabel erhalten meistens einen druckfesten, gewellten Aluminiummantel. Niederdruck-Ölkabel sind in DIN VDE 0276-633 bis 400 kV genormt. 2.7.4.2 Gasinnendruckkabel Bei dieser Kabelausführung wird üblicherweise die Papierisolierung mit hochviskoser Masse getränkt. Die geschirmten Adern sind verseilt und liegen in einem Stahlrohr. Das im Stahlrohr vorhandene Gas steht unter einem Druck von bis zu 1,6  MPa. Es diffundiert in die Papierisolierung ein und ist somit Bestandteil der Isolierung. Bild 2.35 Einadriges Niederdruck-Ölkabel NÖKUDEY für 110 kV nach DIN VDE 0276-633 1 Kupfer-Hohlleiter aus Profildrähten 5 Zwischenschicht 2 innere Leitschicht (Rußpapier) (Fertigungshilfsmittel) 3 Papierisolierung getränkt 6 Bleimantel mit dünnflüssigem Isolieröl 7 Polster 4 äußere Leitschicht 8 unmagnetische Druckschutzbandage (Höchstädterfolie) 9 PVC-Außenmantel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 91 Der Korrosionsschutz des Stahlrohres besteht heute aus einem extru- dierten, schwarzen PE-Mantel (2Y); früher bestand er aus bituminiertem Glasgewebeband (A). Gasinnendruckkabel sind in DIN VDE 0276-634 bis 220 kV genormt. Ein typisches Kabel zeigt Bild 2.36. 2.7.4.3 Gasaußendruckkabel Die mit hochviskosem Isolieröl getränkte Papierisolierung ist durch einen Bleimantel vom Druckmittel Gas getrennt. Das bewehrte Kabel wird in ein korrosionsgeschütztes Stahlrohr gezogen, das mit Stickstoff bis zu einem Druck von ca. 1,6  MPa gefüllt wird. Die Mäntel der Einzeladern wirken als Membran und werden bei Abkühlung des Kabels durch den von außen wirkenden Gasdruck in die Ausgangslage zurückgedrückt Bild 2.36 Dreiadriges Gasinnendruckkabel NIVFSt2Y für 110 kV nach DIN VDE 0276-634 1 mehrdrähtiger Leiter aus Kupfer 5 Querleitwendel (Kupferband) 2 innere Leitschicht (Rußpapier) 6 Polster 3 massegetränkte Papierisolierung 7 Bewehrung (Einziehhilfe) 4 äußere Leitschicht 8 Stahlrohr (Höchstädterfolie und Rußpapier) 9 Schutzhülle (PE) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 92 (Vermeidung von Hohlräumen). Um die Membranfunktion zu gewähr- leisten, sind die Leiter und damit die Adern oval ausgeführt. Gasaußendruckkabel sind in DIN VDE 0276-635 bis 220  kV genormt. Bild 2.37 zeigt ein typisches Beispiel. 2.7.4.4 Kunststoffisolierte Kabel Seit 1967 sind in Deutschland kunststoffisolierte Hochspannungskabel im Einsatz. Die Isolierung bestand zunächst aus spannungsstabilisier- tem PE. Durchgesetzt hat sich VPE, das sich vor allem durch eine hö- here zulässige Betriebstemperatur und damit höhere Belastbarkeit auszeichnet. Vorteile gegenüber Öl- bzw. Gasdruckkabeln sind geringere dielektri- sche Verluste, geringere Ladeleistung, geringeres Gewicht und damit Bild 2.37 Dreiadriges Gasaußendruckkabel NPKDVFSt2Y für 110 kV nach DIN VDE 0276-635 1 mehrdrähtiger Leiter aus Kupfer 6 Korrosionsschutz 2 innere Leitschicht (Rußpapier) 7 unmagnetische Druckschutz bandage 3 massegetränkte Papierisolierung 8 Zwickelfüllung und Polster 4 äußere Leitschicht 9 Bewehrung (Einziehhilfe) (Höchstädterfolie und Rußpapier) 10 Stahlrohr 5 Bleimantel 11 Schutzhülle (PE) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 93 einfachere Legung, vereinfachte Montage und ein wartungsfreier Be- trieb. Kunststoffisolierte Hochspannungskabel heutiger Bauart sind grundsätz- lich längs- und querwasserdicht (Bild 2.38). Die Längswasserdichtigkeit des Kabels wird durch quellfähige Stoffe (Pulver, Bänder o.ä.) im Schirmbereich erreicht. Seit 1996 wurden spezielle 110-kV-Kabel mit einer wesentlich geringe- ren Isolierwanddicke entwickelt. Diese Kabel werden für den Ersatz von sanierungsbedürftigen Gasdruckkabeln verwendet. Aufgrund ihres ge- ringen Außendurchmessers können sie in die vorhandenen Stahlrohre der zu ersetzenden Gasdruckkabel eingezogen werden [2.26, 2.27]. In DIN VDE 0276-632 sind die notwendigen Prüfanforderungen und auch ein verkürztes Präqualifikationsverfahren für kunststoffisolierte Bild 2.38 Einadriges VPE-Kabel für 110 kV, N2XS(FL)2Y, 1 × 630 RM/35 nach DIN VDE 0276-632 1 mehrdrähtiger Leiter aus Kupfer 7 Querleitwendel aus Kupfer 2 innere Leitschicht (extrudiert) 8 Quellvlies 3 VPE-Isolierung 9 Polster 4 äußere Leitschicht (extrudiert) 10,11 Schichtenmantel, bestehend aus 5 leitfähige Polsterung Aluminiumfolie (10) 6 Schirm aus Kupfer und einem PE-Mantel (11) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 94 Kabel bis zu einer Spannung von 150 kV festgelegt, jedoch keine ver- bindlichen Bestimmungen über den Aufbau des Kabels. 2.7.5 Höchstspannungskabel Die Anwendung von Kabeln für Höchstspannungsverbindungen war zu- nächst auf einige Verbindungen, insbesondere im Bereich der Großin- dustrie und Kraftwerke [2.28] sowie in Großstädten wie Berlin, London, Taipeh und Moskau beschränkt. Im Jahr 2014 waren rund 109 km 400-kV-Kabel in Deutschland im Be- trieb (ohne HGÜ und Offshoreanlagen). Zukünftig wird durch die Ener- giewende und vor dem Hintergrund des Energieleitungsausbaugesetzes (EnLAG) der Bestand an Höchstspannungskabeln zunehmen, nicht zu- letzt auch durch zunehmende Zwischenverkabelung. Eine erste Pilotstrecke wurde 2016 vom Übertragungsnetzbetreiber Am- prion im westfälischen Raesfeld fertiggestellt [2.6]. 2.7.5.1 Standardausführungen In Analogie zu den Hochspannungskabeln befinden sich auch in Über- tragungsnetzen Hochdruck-Ölkabel bzw. Gasaußendruckkabel im Ein- satz. Beim Neubau dominieren auch hier mittlerweile VPE-isolierte Einleiterkabel (siehe Bild 2.39). VPE-isolierte 380-kV-Kabel haben erfolgreich Langzeitprüfungen be- standen [2.29]. Eine der ersten längeren 380-kV-Netzverbindungen mit einem VPE-isolierten Kabel ist seit 1998 in Berlin in Betrieb (Abschnitt 4.7.3.2). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 95 Ein für 500 kV konzipierter Kabeltyp mit einem gewellten Aluminiumman- tel ist in Bild 2.40 dargestellt. Die Querwasserdichtigkeit kann auch durch einen Schichtenmantel, bestehend aus einer Aluminiumfolie, die mit dem PE-Mantel fest verklebt ist, erreicht werden. Die Normung dieser Kabel ist mittlerweile auf internationaler Ebene erfolgt (IEC 62067, DIN VDE 0276-2067). Bild 2.39 Eingesetzte 380-kV-VPE-Kabel Schichtenmantelkabel 2XS(FL)2Y Wellmantelkabel 2XKLD2Y Leiterquerschnitt 1.600 mm² Cu 1.600 mm² Cu Mantelquerschnitt 240 mm² 1.400 mm² Außendurchmesser 134 mm 150 mm Nenn-Übertragungsleistung 1.100 MVA 1.100 MVA Kabelgewicht ca. 27 kg ca. 28 kg Max. Lieferlänge 750 – 900 m 750 m www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 96 2.7.5.2 ausgeführte Höchstspannungskabelanlagen Höchstspannungskabelanlage mit Niederdruck-Ölkabel Im Jahr 1978 wurde in Berlin die erste 400-kV-Kabelverbindung in Be- trieb genommen. Es handelt sich um eine 8,4 km lange Verbindung mit zwei Niederdruck-Ölkabel-Systemen mit direkter Mantelkühlung. Ende 1994 wurde in Berlin eine weitere, 7,6 km lange 400-kV-Kabelanlage in Betrieb genommen [4.11]. Sie verbindet die Schaltanlage „Teufelsbruch“ mit der Umspannstation „Reuter“ (Bild 2.41) und besteht aus zwei Ka- belsystemen mit einer maximalen Übertragungsleistung von je 1.120 MVA. Diese Verbindung ist ein Teil der Hochleistungs-Diagonalen durch die Stadt und verknüpft die seit 1978 bestehende 400-kV-Kabel- verbindung mit der 400-kV-Freileitung nach Wolmirstedt. Bild 2.40 Einadriges VPE-Kabel für 500 kV, 2XKLDE2Y, 1 × 1600 RM/V 1mehrdrähtiger Segmentleiter 6 schwachleitendes Polstervlies aus Kupfer (Millikenleiter) 7 Gewebeband mit 2, 3 innere Leitschicht aus eingewebten Kupferdrähten  Bebänderung (2) und) 8 gewellter Aluminiummantel extrudierter Leitschicht (3) 9 Haftvermittler 4 VPE-Isolierung 10 Korrosionsschutz 5 äußere Leitschicht (extrudiert) 11 PE-Mantel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 97 Bild 2.41 Trassenführung einer innerstädtischen 400-kV-Verbundlei- tung (Berlin) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 98 Das einadrige Ölkabel (NÖKLDE2Y 1 × 1200 RM 22 H 230/400 kV) hat einen aus Profildrähten aufgebauten Kupferleiter von 1.200 mm2 mit einem Hohlkanal von 22 mm Durchmesser. Dieser ermöglicht die Öl- versorgung des Kabels auch über große Längen durch eine am Ende Bild 2.42 Schema der direkten Mantelkühlung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 99 der Übertragungsstrecke installierte Öldruckstation anstelle der sonst üblichen Ölausgleichsgefäße und Sperrmuffen. Die Kabelanlage besteht aus zwei parallel liegenden Niederdruck-Ölka- belsystemen, die in vorab gelegte HDPE-Rohre eingezogen wurden (siehe auch Bild 2.28). Diese dienen zur Aufnahme des Kühlwassers, das in einem geschlossenen Kühlkreislauf umgepumpt und in einer Kühlstation (Bild 2.42) rückgekühlt wird. Für jedes der beiden Kabelsysteme ist eine komplette Öldruck- bzw. Kühlstation installiert, die bei Bedarf auch dem anderen System zuge- schaltet werden kann. Aus fertigungstechnischen Gründen, zum einfacheren Transport und um geeignete Abschnitte zum Auskreuzen der Schirme (cross bonding, siehe auch Abschnitt 4.1.2) zu erzielen, sind die einzelnen Kabellängen in unterirdischen Muffenbauwerken (Bild 2.43) miteinander verbunden. Bild 2.43 Schnittbild eines Muffenbauwerkes (in der Mitte befinden sich die Verbindungsmuffen mit den Kühlwasser-Bypässen) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 100 Höchstspannungskabelanlage mit VPE-Kabel Nach der Wiedervereinigung konnte 1994 auf Basis einer Grundlagen- untersuchung durch die Realisierung einer in Bild 2.44 dargestellten Dia- gonale durch die Lastschwerpunkte der Stadt das über 40 Jahre als Inselnetz betriebene Stromversorgungsnetz der Stadt Berlin an das Deutsche Verbundnetz angeschlossen werden [2.30]. Betriebserfahrungen mit 380-kV-Kunststoffkabelanlagen lagen nicht vor. Deshalb wurde mit der Kabelindustrie in einem Langzeitversuch die be- triebliche Einsatzfähigkeit Kabel und Garnituren getestet. Bei dem Versuch mussten auch Erfahrungen über die Legbarkeit in un- terschiedlichen Trassenprofilen (direkt im offenen Graben, das Einzie- hen in Rohre sowie die Legung in einem Kabelkanal) gewonnen werden. Weiter sollte z.  B. festgestellt werden, welcher Freiraum für die Montage von Muffen erforderlich ist und ob die Muffen unter Baustellenbedingun- gen herstellbar sind. Besonderes Augenmerk wurde auf die Qualitätssicherung für das Ge- samtsystem Kabelanlage (Kabel, Garnituren, Montage) gelegt [2.31]. Bild 2.44 Übersichtsplan 380-kV-Diagonale durch Berlin www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 101 So waren der erfolgreiche Abschluss der einjährigen Langzeitprüfung und die bestandene Typprüfung Voraussetzung für die Auftragserteilung an die Kabelhersteller. Zum Einsatz kamen schließlich die in Bild 2.24 dargestellten Kabel und die in Bild 2.45 dargestellte Muffe. Auf Grund von Problemen bei der Realisierung einer innerstädtischen offenen Bauweise wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse wurde entschieden, die geplante 380-kV-Kabel- anlage in einem durchgehenden Tunnelbauwerk zu errichten. Der Tunnel verläuft in einer Tiefe von ca. 25 bis 30 m unter Geländeni- veau, der Außendurchmesser liegt bei 3,6  m und das lichte Innenmaß bei 3,0 m. Die Tunnellänge beträgt ca. 6,3  km. Gegenüber der konven- tionellen Bauweise konnte die Trasse um ca. 1,1 km verkürzt werden. Die Kabel wurden alle 7,2  m auf Konsolen im Tunnel befestigt [2.32]. Zwischen den Auflagepunkten hängen sie frei und werden durch Ab- standshalter fixiert. Die Gesamtanlage ist seit November 2000 ohne Störungen der Primär- technik in Betrieb. Bild 2.45 Eingesetzte 380-kV-Muffe www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 102 2.7.6 Kabel für spezielle Anwendungen 2.7.6.1 Seekabel Die wesentlichen Bauarten für Seekabel sind: – VPE-isolierte Kabel – Massekabel – Öldruckkabel Die Auswahl des geeigneten Kabeltyps wird bestimmt durch die zu über- tragende Leistung, die Länge der Verbindung sowie die jeweiligen Ver- hältnisse am Meeresboden. In den meisten Fällen, vor allem aber bei großen Projekten, wird die Kabelkonstruktion den gegebenen Randbe- dingungen angepasst. Für Flussquerungen oder kurze Verbindungen in seichten Gewässern werden häufig VPE-Kabel in längs- und querwasserdichter Ausführung verwendet. Teilweise weisen diese Kabel noch zusätzlich Armierungen auf. Bis zur Höchstspannung kommen Wechselstromübertragungen zum Einsatz. Die Vorteile liegen in der problemlosen Netzeinbindung und der relativ einfachen Kabelkonstruktion. Mit diesen Kabeln können bei 400 kV Leistungen bis ca. 700 MW übertragen werden. Für lange Übertragungsstrecken und hohe zu übertragende Leistungen kommen unter Wasser ausschließlich Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungen (HGÜ; englisch HVDC) zum Einsatz. Eine Anlage dieser Art mit einer Länge von 250 km ist seit 1994 zwi- schen Schweden und Deutschland (Baltic cable) in Betrieb. (Bild 2.46). Die Übertragungsleistung beträgt 600 MW bei einer Betriebsspannung von 450 kV [2.28]. Trotz der notwendigen Stromrichterstationen bietet der Einsatz der HGÜ in solchen Fällen technische und wirtschaftliche Vorteile. Bei HGÜ ver- wendet man überwiegend noch Kabel mit einer massegetränkten Pa- pierisolierung. Kunststoffisolierte Kabel wurden für HGÜ zunächst nur bis 150 kV eingesetzt, mittlerweile auch für höhere Spannungen (siehe Abschnitt 2.7.6.4). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 103 2.7.6.2 Kabel mit Lichtwellenleitern im Schirmbereich VPE-isolierte Kabel (Hoch- und Mittelspannung) werden auch mit inte- griertem Lichtwellenleiter (LWL) im Schirmbereich angeboten [2.33]. Da- durch können ohne zusätzliche Leitungslegung Nachrichten übertragen oder die Temperatur des Kabels überwacht werden. Bei der Nutzung des Lichtwellenleiters zur Datenübertragung ist zu be- denken, dass bei allen Arbeiten am Lichtwellenleiter das Starkstromka- bel abgeschaltet werden muss und bei allen Beschädigungen des Starkstromkabels auch eine Unterbrechung des Lichtwellenleiters zu er- warten ist. Für die Überwachung der Kabeltemperatur (Monitoring) wird die Tem- peraturabhängigkeit der Rückstreuung des Lichts beim Lichtwellenlei- ter genutzt. Mit Hilfe eines Rückstreumessgerätes, welches das Spektrum und die Laufzeit eines Lichtimpulses auswertet, lässt sich die Temperaturverteilung entlang des Lichtwellenleiters und damit ent- lang der gesamten Kabelstrecke bestimmen und darstellen. Dadurch Bild 2.46 450-kV-Seekabel für Gleichstromübertragung 1 Kupferleiter aus Profildrähten 7 Polster und Trennschicht 2 innere Leitschicht (Rußpapier) 8 Druckschutzbandage aus 3 massegetränkte Papierisolierung Stahlbändern  4 äußere Leitschicht (Rußpapier und 9 Trennschicht Höchstädterfolie) 10 zwei gegenläufige 5 Bleimantel Stahldrahtbewehrungen 6 PE-Innenmantel 11 Umflechtung aus PP-Garn www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 104 lassen sich Kabelverbindungen wirtschaftlich optimal ausnutzen; es ist auch ein kontrollierter Überlastbetrieb möglich, da die für den si- cheren Betrieb maßgebliche Größe – die Temperatur – überwacht ist [2.33]. 2.7.6.3 Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall Bei besonderen Anforderungen an den Brandschutz, z.  B. in Kraftwer- ken, in Gebäuden mit erhöhten Sicherheitsanforderungen sowie in Schächten und Kanälen, werden Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall eingesetzt (halogenfreie Kabel). Diese Kabel sind in DIN VDE 0276-604 (Niederspannung) und DIN VDE 0276-622 (Mittel- spannung) genormt. Erreicht wird das verbesserte Verhalten im Brandfall durch halogenfreie Werkstoffe und Füllstoffe auf Basis mineralischer Hydrate in der Isolie- rung und im Mantel. Entsprechend dem Anforderungsprofil müssen auch sämtliche anderen Aufbauelemente halogenfrei sein. An die Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall werden folgende Anforderungen gestellt: – Verminderte Brandfortleitung, insbesondere bei Kabelhäufung – keine korrosiv wirkenden Bestandteile im Rauchgas – stark verminderte Rauchentwicklung – gegebenenfalls zusätzlich Isolationserhalt bzw. Funktionserhalt für eine bestimmte Zeit (DIN VDE 0266) Diese Kabel werden für Erdlegung nicht empfohlen, da die flammhem- menden Isolier- und Mantelmischungen Additive enthalten, die zu ver- mehrter Wasseraufnahme neigen und die mechanische Festigkeit verringern können. 2.7.6.4 Kabel für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Für die Übertragung hoher Leistungen über große Distanzen sowie die Netzanbindung von Offshore-Windparks wird bereits seit geraumer Zeit auch die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung eingesetzt (HGÜ). Der Energietransport erfolgt dabei wie in Drehstromnetzen über Freilei- www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 105 tungen oder Kabel (Bild 2.47), wobei insbesondere für Kabel spezielle Entwicklungen erforderlich sind [2.34]. Kabel mit Kunststoffisolierung im allgemeinen und VPE-isolierte Kabel im speziellen sind wegen der dabei auftretenden Raumladungsbildung sehr empfindlich gegen eine Umpolung der Spannung und sind daher bei der „klassischen“ HGÜ-Technik nicht bei Höchstspannung einsetz- bar. Im Gegensatz zur konventionellen HGÜ erfolgt bei der „HGÜ Light“ bzw. „HGÜ Plus“ [2.35] die Umkehr der Energieflussrichtung durch Um- kehr des Stroms und nicht der Spannung, sodass keine zusätzliche Be- anspruchung der Kunststoffisolierung entsteht und VPE-isolierte Kabel auch für höhere Spannungen eingesetzt werden können. Zur Verfügung stehen bereits Kabel für ± 300 kV und ± 500 kV. 2.7.7 Möglichkeiten zur Erhöhung der Belastbarkeit bei Hoch- leistungskabeln Die bei der Übertragung großer elektrischer Energien entstehenden Verluste setzen sich aus den dielektrischen und den ohmschen Ver- lusten zusammen. Die dielektrischen Verluste sind von der Spannung abhängig und bei Hochspannungskabeln nicht mehr vernachlässigbar. Die ohmschen Verluste sind stromabhängig und bestimmen im We- sentlichen die abzuführende Verlustwärme. Weiter entstehen bei Wechsel- und Drehstrom frequenzabhängige Verluste in den Leitern Bild 2.47 HGÜ-Seekabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 106 Bild 2.48 Möglichkeiten zur Erhöhung der Strombelastbarkeit von Kabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 und den metallenen Umhüllungen, die so genannten Zusatzverluste. Die Zusatzverluste nehmen mit größer werdendem Querschnitt zu, vor allem bei Kabeln mit Schirmen, Metallmänteln oder Bewehrungen. Bei einadrigen Kabeln entstehen Verluste durch Induktionsströme im Me- tallmantel oder Schirm, wenn diese durchverbunden und an den Enden geerdet sind. Diese Verluste steigen mit zunehmendem Achs- abstand der Kabel. Bei sehr hohen Strömen und entsprechend großen Leiterquerschnitten kommt es durch induzierte Wirbelströme in den Leitern zu einer un- gleichmäßigen Stromverteilung über den Leiterquerschnitt, bei dem der Strom zur Leiteroberfläche hin verdrängt wird. Man spricht daher auch von der Stromverdrängung oder auch dem Skineffekt. Die Folge davon ist eine Abnahme des leitenden Querschnitts und somit eine Wider- standserhöhung. Bei parallelen stromdurchflossenen Leitern kommt es zudem in Folge der Induktionswirkung der Magnetfelder zum so genann- ten Nähe- oder Proximityeffekt, der eine weitere Verringerung des ef- fektiven Leiterquerschnitts bewirkt. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Skin- und Proximityeffekte ist die Verwendung von oxidierten oder mit Lack isolierten Drähten in Segment- leitern [2.36, 2.37]. Diese Leiter werden auch als Millikenleiter bezeich- net (siehe Abschnitt 2.5.1). Die Abführung großer Wärmemengen in das umgebende Erdreich ist bei natürlicher Kühlung nur begrenzt möglich. Bei zu großer Wärmebe- lastung trocknet der Boden aus, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens weiter verschlechtert wird. In Bild 2.48 sind verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung der Strom- belastbarkeit und die dafür geeigneten Kabelbauarten zusammenge- stellt. 2.7.7.1 Thermisch stabilisiertes Bettungsmaterial Bei im Erdreich gelegten Kabeln entsteht der größte Teil der zulässigen Temperaturdifferenzen außerhalb des Kabels. Deshalb ist bei sehr hoch ausgelasteten Kabeln eine Verbesserung der hier herrschenden Ver- hältnisse durch genau definiertes Rückfüllmaterial sinnvoll. Bei der Ver- wendung eines solchen Materials sind dessen genaue Kontrolle und Mes sung erforderlich. 107 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 108 Generell gilt zunächst, dass die Wärmeleitung umso besser ist, je dich- ter der Erdboden gelagert ist, d. h. es sollte möglichst Sand mit unglei- chen Korngrößen verwendet werden. Ein spezielles – thermisch stabilisiertes – Bettungsmaterial wurde bei der seinerzeitigen BEWAG, Berlin (heute Stromnetz Berlin, bzw. 50Hz für Höchstspannung), entwickelt. Es besteht aus Sand mit weit gestufter Körnung und zugemischtem Schluff. Selbst im ausgetrockneten Zustand beträgt der spezifische Wärmewiderstand des Materials weniger als 1 K•m/W. Das Material wird bei Mittel- und Hochspannungstrassen zum Teil, bei der Legung von Höchstspannungskabeln generell eingesetzt. Den geringen Mehrkosten steht nach Angaben des Betreibers eine deut- lich erhöhte Strombelastbarkeit gegenüber, die bei 380-kV-Kabeln um bis zu 14 % und bei 10-kV-Kabeln sogar um bis zu mehr als 20 % ge- steigert werden kann (bei großen Kabelhäufungen, z. B. Einführungen in Umspannanlagen [2.38]). Zunehmend eingesetzt wird bei Hochleistungstrassen auch so genann- ter Flüssigboden. Im Zuge der bereits weiter oben genannten 380-kV- Zwischenverkabelung in der Nähe von Raesfeld in Nordrhein-Westfalen Bild 2.49 Aufbereitung von Bodenaushub und Einbringen in die Trasse im Zuge der 380-kV- Zwischenverkabelung bei Raes- feld www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 109 wurde der ausgehobene Boden in einer eigens dafür in der Nähe der Trasse errichteten Bodenaufbereitungsanlage „ertüchtigt“ und anschlie- ßend wieder in die Trasse eingebracht (Bild 2.49). 2.7.7.2 Zwangskühlung Bei der Zwangskühlung erfolgt die Wärmeabfuhr hauptsächlich durch ein im Kühlrohr oder in Kühlkanälen strömendes Kühlmittel, meist Wasser. Indirekte Zwangskühlung (laterale Kühlung) Bei der indirekten (lateralen) Zwangskühlung wird die Umgebung des Kabels (Erdreich, Betonblock) durch Kühlmittel in Rohren, die parallel zum Kabel angeordnet sind, gekühlt. Direkte Zwangskühlung der Kabeloberfläche (integrale Kühlung) Bei der direkten (integralen) Zwangskühlung wird das Kabel vom Kühl- mittel umströmt. Dadurch ist die Kühlwirkung stärker als bei der indirek- Bild 2.50 Einadriges Ölkabel für 400 kV in einem HDPE-Rohr für direkte Wasserkühlung der Kabeloberfläche www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 110 ten Kühlung. Üblicherweise erfolgt die Kühlung mit Wasser. Dabei liegt das Kabel in einem Rohr (Bild 2.50), z. B. aus HDPE (hochverdichtetes Polyethylen), oder in einem offenen Trog. Eine andere Möglichkeit ist die Luftkühlung bei Legung in einem Tunnel (siehe auch Abschnitt 4.7.3). Direkte Zwangskühlung des Leiters Bei der direkten Zwangskühlung des Leiters wird die im Leiter entste- hende Verlustwärme direkt durch den Hohlleiter mittels eines Kühlme- diums, z. B. Öl, abgeführt. Es ist aber auch möglich, mit Wasser einer geringen Leitfähigkeit zu kühlen. Hierbei muss jedoch das Wasser in einem Kühlrohr (z. B. Edelstahl) geführt werden, wie in Bild 2.51 gezeigt [2.39]. Wegen der sehr aufwändigen Sekundäreinrichtungen hat sich diese Technik nicht durchgesetzt. Bild 2.51 Einadriges Hochleistungskabel für 110 kV mit direkter Zwangskühlung des Leiters (AÖKLDEY) 1 Edelstahlrohr zur inneren 6 kupferdurchwirktes Gewebeband Wasserführung 7 Aluminiumband 2 extrudierter Aluminiumleiter 8 Aluminiumprofile zur Zentrierung  3 innere Leitschicht (Rußpapier) der Kabelader 4 Papierisolierung, getränkt mit 9 gewellter Aluminiummantel dünnflüssigem Isolieröl 10 Korrosionsschutz 5 äußere Leitschicht (Höchstädterfolie) 11 PVC-Außenmantel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 111 2.7.7.3 Gasisolierung Bei sehr hohen Spannungen wird die Übertragungsfähigkeit konventio- neller Kabel durch die dielektrischen Verluste begrenzt. Dieser Effekt wird durch den Einsatz von Rohrleitern mit gasförmiger Isolierung deutlich vermindert. Außerdem fließt aufgrund der geringeren Betriebskapazität nur ein kleiner Ladestrom. Solche Anlagen sind als Ausführungsleitungen in Schaltanlagen und Kraftwerken bereits im Einsatz (Bild 2.52) [2.40, 2.41]. Aktuelle Entwicklungen, um diese Technik zukünftig auch zur Er- höhung der Übertragungsleistung über größere Entfernungen einsetzen zu können, werden in Abschnitt 12.1 beschrieben. 2.7.7.4 Supraleitung Der elektrische Widerstand üblicher Leiterwerkstoffe wie Aluminium oder Kupfer sinkt bei Kühlung auf tiefe Temperaturen, abhängig vom Rein- heitsgrad der Metalle, auf einen niedrigen Restwert. Bei bestimmten Ma- terialien jedoch springt unterhalb einer kritischen Temperatur – der so genannten Sprungtemperatur – der spezifische Widerstand auf nahezu Null; der Werkstoff wird supraleitend und es entstehen fast keine strom- Bild 2.52 SF6-isoliertes Rohrleiterdoppelsystem www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 112 abhängigen Verluste [2.16]. Bei den klassischen Supraleitern (z. B. NbTi) liegt diese Sprungtemperatur in der Nähe des absoluten Null- punkts (0 K, entspr. -273 °C). Diese tiefen Temperaturen erfordern eine aufwändige Kühlung, die üblicherweise mit flüssigem Helium realisiert werden kann. Die Entwicklungen für mit flüssigem Helium gekühlte supraleitende Kabel, wurden aus Gründen der Wirtschaftlichkeit weitgehend zurück- bzw. eingestellt. Nach der Entdeckung von Supraleitern mit höheren Sprungtemperaturen in den Jahren 1986/1987 haben neue Entwick- lungsanstrengungen zu beachtlichen Ergebnissen geführt. Heute ste- hen oxydkeramische Materialien mit Sprungtemperaturen über 77 K (Temperatur des flüssigen Stickstoffes) als so genannte Hochtempera- tur-Supraleiter (HTS) zur Verfügung (Bild 2.53). Die Nutzung dieser Ei- genschaften für Starkstromkabel verspricht eine Reihe beachtlicher Vorteile, wie z.  B. gravierende Reduktion der elektrischen Verluste, deutliche Erhöhung der Übertragungsleistung pro System und gege- benenfalls Verzicht auf höhere Übertragungsspannungen. Weltweit wird deshalb bereits seit einiger Zeit intensiv an der Entwicklung von Kabeln mit Hochtemperatur-Supraleitern gearbeitet [2.42], erste Anla- gen befinden sich im Feldversuch bzw. in der Erprobung, siehe Tabelle 2.11 [2.43, 2.44]. Aktuelle Entwicklungen werden in Abschnitt 13.2 be- schrieben. Bild 2.53 Entwicklung der supraleitenden Materialien www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 113 2.7.8 Kurzzeichen Starkstromkabel werden nach DIN VDE 0276 durch folgende Angaben beschrieben: – Bauartkurzzeichen entsprechend dem Aufbau – Aderzahl und Nennquerschnitt je Leiter in mm2 – Leiterform und -art – Schirmquerschnitt – Nennspannung U0/U des Kabels Das Bauartkurzzeichen ergibt sich in der Weise, dass, ausgehend vom Leiter, der Reihe nach die Kurzzeichen für die wesentlichen Aufbauele- mente angegeben werden. Für Leiter aus Kupfer, für Isolierungen aus getränktem Papier (Ader, Gürtel) und innere Schutzhüllen aus Faser- stoffen sowie für Zwickelausfüllungen und gemeinsame Aderumhüllun- gen wird auf eigene Kurzzeichen verzichtet. Kabel nach DIN VDE werden mit einem „N“ als erstem Buchstaben gekennzeichnet. In Tabelle 2.12 sind die wichtigsten Kurzzeichen für die Kabelkennzeich- nung zusammengestellt. Das folgende Beispiel verdeutlicht die Anwendung der Kurzzeichen: Tabelle 2.11 Einsatz von HTSL-Kabeln Hersteller Einbauort/Land Spannung Leistung Länge Pirelli Chicago/USA 115 kV 400 MW 50 m Sumitomo Albany/USA 34,5 kV 50 MW 30 m InnoPower Yunnan/China 35 kV 120 MW 30 m Furukawa Yokosuka/Japan 77 kV 100 MW 500 m NKT Copenhagen/Denmark 30 kV 100 MW 30 m Ultera Columbus/USA 13,2 kV 70 MW 200 m Nexans Long Island/USA 138 kV 600 MW 600 m Nexans Essen/Germany 10 kV 40 MW 1.000 m www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 114 Kurz- zeichen Bedeutung Bezeichnungs- beispiele Siehe Bild A äußere Schutzhülle aus Faserstoffen NAKBA 2.17 A Leiter aus Aluminium NAKBA 2.17 B Bewehrung aus Stahlband NAKBA 2.17 C konzentrischer Leiter aus Kupfer NYCY CW wellenförmig aufgebrachter konzentrischer Leiter aus Kupfer (Ceander-Leiter) NYCWY 2.15 D Druckschutzbandage NÖKUDEY 2.21 E eindrähtiger Leiter 4 × 16 RE E Mehrmantelkabel NAEKEBA 2.18 E Schutzhülle je Ader mit eingebetteter Schicht aus Elastomerband oder Kunststofffolien NAEKEBA 2.18 F Bewehrung aus Stahlflachdraht NIVFSt2Y 2.22 (F) längswasserdicht NA2XS(F)2Y (FL) längs- und querwasserdicht mit Al-Schichtenmantel N2XS(FL)2Y 2.24 (FB) längs- und querwasserdicht mit Cu-Schichtenmantel N2XS(FB)2Y GL Gleitdrähte aus unmagnetischem Werkstoff ÖIGLUSt2Y H Schirmung bei Höchstädterkabel NHKRA I Gasinnendruckkabel NIVFSt2Y 2.22 -J Kabel mit grün-gelbem Schutzleiter NAYY-J 2.14 K Bleimantel NAKBA 2.17 KL gepresster, glatter Aluminiummantel NAKLEY KLD gepresster, gewellter Aluminiummantel AÖKLDEY 2.28 M mehrdrähtiger Leiter 1 × 95 RM N Normkabel nach DIN VDE NA2XS2Y 2.19 -O Kabel ohne grün-gelben Schutzleiter NAYY-O Ö Ölkabel NÖKUDEY 2.21 P Gasaußendruckkabel NPKDVFSt2Y 2.23 Tabelle 2.12 Die wichtigsten Kurzzeichen für Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 115 2.8 Kabeldaten In den Normen sind die einzuhaltenden Kabeldaten festgelegt. Innerhalb dieser zulässigen Grenzen variieren die Werte herstellerspezifisch. In Abschnitt 14.1 sind beispielhaft mechanische Abmessungen und elek- trische Kennwerte angegeben. Genauere Werte müssen im Einzelfall beim Hersteller erfragt werden. Für Kabel verwendete Isolier- und Mantelmischungen aus Kunststoff sind in den Teilen der Normreihe DIN VDE 0276 beschrieben. Angaben über die Isolierwanddicke sind für Nieder- und Mittelspannungskabel ebenfalls in diesen Kabelnormen zu finden. Anforderungen an Leiter siehe Abschnitt 2.5.1. Tabelle 2.12 (Fortsetzung) Die wichtigsten Kurzzeichen für Kabel Kurz- zeichen Bedeutung Bezeichnungs- beispiele Siehe Bild R Leiter mit kreisförmigem Querschnitt 1 × 95 RM R Bewehrung aus Stahlrunddrähten NHKRA S Schirm aus Kupfer NA2XS2Y 2.19 S Leiter mit sektorförmigem Querschnitt 3 × 50 SM St Stahlrohr NPAKDVFSt2Y 2.23 U unmagnetisch NÖKUDEY 2.21 V verdichteter Leiter 1 × 500 RM/V V verseilte Adern NPKDVFSt2Y 2.23 2X Isolierung aus VPE NA2XS2Y 2.19 Y Isolierung aus PVC NAYY-J 2.14 Y Mantel oder Schutzhülle aus PVC NAYY-J 2.14 2Y Isolierung aus PE NA2YSY 2Y Mantel oder Schutzhülle aus PE NA2XS2Y 2.19 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 "   "' $$$&  "  $  & ™ #!#!#!!"%  !!  "#     ""!# www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 3 Kabelgarnituren Kabelgarnituren werden in der Kabelanlage zum Verbinden und Ab- schließen der Kabel verwendet. Sie sind das Schlüsselelement der Kabelanlage, denn: „ohne Kabelgarnituren keine Kabelanlage“. Kabel- garnituren sollen in Funktion und Lebensdauer, sowie im Qualitätsni- veau dem Kabel gleichwertig sein. Dies ist insofern eine besondere ingenieurtechnische Leistung, weil anders als bei der Kabellegung nicht „nur“ das fertige Betriebsmittel sorgfältig seiner Verwendung zugeführt wird, sondern weil hier der Montage von Kabelgarnituren unter Baustel- lenbedingungen eine besondere Bedeutung zukommt. Sie müssen nicht nur auf ihre elektrische und mechanische Beanspruchung hin ausgelegt, sondern auch gegenüber den zu erwartenden Umwelteinflüssen, wie z.  B. Feuchtigkeit, Korrosion, Ozon, UV-Strahlung und Schmutz, be- ständig sein. Mit der Energiewende kommt eine neue Herausforderung: die Auslastung wird höher, die Querschnitte nehmen zu und die steigen- den Anforderungen erfordern ein neues Design. Durch den mittlerweile in allen Spanungsebenen vollzogenen Wechsel von papier- zu kunststoffisolierten Kabeln im Neubau, bei Netzerweite- rungen und Reparatur müssen Kabelgarnituren kontinuierlich innovativer und vor allem hinsichtlich Montagefreundlichkeit weiterentwickelt werden. Der heutige Standard-Einsatz von noch kompakteren gasisolierten Last- schaltanlagen einhergehend mit steigenden Querschnitten der Mittel- spannungskabel ist ein starker Treiber für Weiterentwicklungen der Kabelstecktechnik. Die Zunahme der Auflagen an den Umweltschutz und -verträglichkeit, weiterer Kostendruck bei kontinuierlich hoher Qualität, auch im Lifecycle werden die Produktentwicklungen nicht ruhen lassen. Der Trend zu vorgefertigten und konfektionierten Garnituren mit zuge- höriger Verbindungstechnik ist in den Spannungsebenen unterschiedlich stark ausgeprägt und wird sich zunehmend fortsetzen, da der Raumbe- darf in der Montagegrube geringer und die Montagezeit reduziert wer- den wird. In der Niederspannung ist auf Grund der geringsten Komplexität die Technologievielfalt nicht so ausgeprägt, da vorrangig für Verbindungen Warmschrumpftechnik und für Abzweige Vergusstechnik eingesetzt werden. Dies ermöglicht einfache und wirtschaftliche konfek- tionierte Lösungen mit logistischen Vorteilen. In der Hochspannung wer- den seit Jahrzehnten Systemlösungen praktiziert. Dies ist die Grundlage für konfektionierte Setlösungen, für die auch Systemprüfungen mit Ka- beln gemäß Norm erfolgreich durchgeführt wurden. Aus Montage- und Handlingsgründen hat sich die Aufschiebtechnik bei den Anwendern 117 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 durchgesetzt. Die heterogen gewachsenen Mittelspannungsnetze wei- sen eine sehr große Technologievielfalt mit unterschiedlichsten Kabel- bauarten, Querschnitten auf. Die Hersteller bieten für jeden Anwendungsfall eine entsprechende Lösung. Systemlösungen sind – auch typgeprüft – lieferbar, erfordern jedoch eine Anpassung an die je- weilige Netzkonfiguration. Der Abschnitt Kabelgarnituren beschreibt die unterschiedlichen Tech- nologien, Anwendungen und deren grundsätzliche Ausführungsmerk- male. Abschluss- und Verbindungstechniken bei Starkstromkabeln sind in [3.1] umfassend beschrieben. 3.1 Begriffsdefinitionen Zu den an Starkstromkabeln montierten Garnituren zählen Muffen, spannungsfeste Endkappen, Endverschlüsse und Kabelsteckteile bzw. -adapter. Muffen werden unterschieden nach: – Endmuffen, die Kabel ohne Verbindung zu anderen Anlagenteilen spannungsfest abschließen – Verbindungsmuffen, die Kabel gleicher Bauart verbinden – Übergangsmuffen, die Kabel ungleicher Bauart verbinden – Abzweigmuffen, die Abzweige von Kabeln gleicher oder ungleicher Bauart herstellen Leitfähige Endkappen schließen Kabel ab, um statische Entladungen über dem PE-Außenmantel bei der Kabellegung zu vermeiden. Endverschlüsse schließen das Ende eines Kabels ab und stellen die Ver- bindung von dem Kabel zu einem anderen Anlagenteil, z.  B. einer Schalt- anlage oder einer Freileitung, her. Endverschlüsse (EV) werden nach ihrem Anwendungsbereich in Innenraum-EV und Freiluft-EV unterschieden. Kabelsteckteile – im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Stecker be- zeichnet – dienen zum Anschluss von Kabeln an Anlagen und Geräte (Schaltanlagen, Transformatoren) mit genormten Geräteanschlusstei- len. Im Mittelspannungsnetz wird unterschieden zwischen Außen- und Innenkonustechnik. Die Stecker sind gekapselt und durch eine entspre- chend ausgelegte äußere Leitschicht oder durch eine Metallhülle im 118 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 gesteckten Zustand berührungssicher. Verbindungen mit Kabelsteckern dürfen nur im spannungslosen Zustand hergestellt oder getrennt wer- den. Kabelsteckteile werden auch im Niederspannungsnetz eingesetzt. Sie können dort unter Spannung und unter Last betätigt werden. Kabelsteckadapter werden nur bei Mittelspannung eingesetzt; sie ge- währleisten lediglich die elektrische Festigkeit. Ist ein Berührungsschutz gefordert, so muss dieser durch gesonderte Maßnahmen (z.  B. Abde- ckung) hergestellt werden. Diese Adapter sind ein konstruktives Bauteil, welches 2 Kabelsteckteile zu einem so genannten Doppel-T-Kabelsteck- teil verbindet und den Anschluss von 2 Kabeln an Schaltanlagen ermög- licht. Dabei ist die Bautiefe der Schaltanlage zu berücksichtigen. Zum Nachweis der Qualität von Kabelgarnituren gelten die Prüfbestim- mungen in DIN VDE 0278-393 für die Niederspannung und DIN VDE 0276-629 für die Mittelspannung. Für die Systemprüfung von Hochspan- nungsgarnituren gilt DIN VDE 0276-632. Die in Kabelgarnituren verwendeten, mechanisch hergestellten Leiter- verbindungen müssen den Anforderungen gemäß den Normen der Reihe DIN DIN 57220 und DIN VDE 0220 entsprechen. Die auch in Deutschland in Kraft gesetzte IEC-Prüfbestimmung für mechanische Leiterverbindungen, IEC 61238 setzt hohe Anforderungen an die Ab- schluss- und Verbindungstechnik. In Abschnitt 5.1 und 14 werden die Prüfbestimmungen ausführlicher be- trachtet. 3.2 Grundelemente der Kabelgarnituren Kabelgarnituren bestehen in Analogie zum Kabel in ihrem grundsätz - lichen Aufbau aus den Elementen Leiterverbindung, Isolierung und Schutzhülle. Ab der Mittelspannungsebene ist noch der Feldsteuerung eine große Bedeutung zuzusprechen. 3.2.1 Leiterverbindungen Leiterverbindungen in Kabelanlagen sind in erster Linie für die thermische und dynamische Beanspruchung bei der Stromübertragung ausgelegt. Sie dürfen bei dem dauernd zulässigen, maximalen Betriebsstrom nicht wärmer werden als die zu verbindenden Leiter. Darüber hinaus dürfen sie bei den zu- 119 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 120 lässigen Kurzschlusstemperaturen keine unzulässige Veränderung ihrer Ei- genschaften erfahren [3.2]. Die für Leiterverbindungen verwendeten Materialien und Konstruktionen müs- sen die auftretenden Temperaturen in Garnituren beherrschen und dürfen nicht das Isoliermaterial, üblicherweise ein Polymerwerkstoff durch zu hohe Temperaturen vorzeitig altern. Während die Verbindung von Kupferleitern unproblematisch ist, sind bei der Verbindung von Aluminiumleitern die folgenden besonderen Eigenschaften zu berücksichtigen: – Aluminium gibt dem Kontaktdruck in bestimmten Grenzen nach (Kaltflie- ßen) – Aluminium bildet an seiner Oberfläche eine nichtleitende Oxydschicht – Aluminium hat einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffi zienten Bei Berücksichtigung dieser Eigenschaften lassen sich Aluminiumverbindun- gen ohne Schwierigkeiten technisch beherrschen. Übergänge von Aluminium- auf Kupferleiter werden mit speziellen Zweime- tall-Verbindungen (je eine Seite Al, Cu) hergestellt. Zur Beurteilung der Qualität von Leiterverbindungen, die durch Klemmen, Schrauben oder Pressen hergestellt werden, gelten die Normen der Reihe DIN VDE 0220. In dieser Normreihe werden alle relevanten Anforderungen für einen sicheren und stabilen Netzbetrieb abgeprüft. Die oben bereits er- wähnte Leiterquerschnittserhöhung bringt nicht nur die Konstrukteure, son- dern auch die Prüflabore an ihre Grenzen. So ist es wichtig, geeignete Prüfmerkmale zu entwickeln, die im Netzbetrieb vorkommen. Eine lineare Er- höhung der Prüfanforderungen kann durch die Netzkonfiguration nicht geprüft werden. Da die Kurzschlussleistungen in der Praxis nicht vorkommen können. Je nach Herstellungsverfahren wird zwischen thermischen und mechani- schen Leiterverbindungen und dabei zwischen lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen unterschieden. Mechanisch hergestellte Verbindungen werden bevorzugt angewendet; ther- mische Verfahren kommen im Wesentlichen nur bei speziellen Anwendungen, wie z. B. bei Supraleitern aktuell zum Einsatz. Übliche Techniken für thermisch hergestellte Leiterverbindungen sind Weichlöten oder Schweißen. Weichlöten dient vorwiegend der Verbin- www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 121 dung von Kupferleitern. Aluminiummäntel und Aluminiummassivleiter können durch Reiblötung vorverzinnt und anschließend weich gelötet werden. Bei der Weichlötung muss die geringere thermische Kurz- schlussfestigkeit berücksichtigt werden. Unter den thermischen Verfah- ren wird für Aluminiumleiter das Schweißen bevorzugt; speziell bei Kunststoffkabeln sind besondere Verfahren (Cadweld-Schweißen) zweckmäßig, um eine unzulässig hohe thermische Beanspruchung der Isolierung zu vermeiden. Bei allen thermischen Verfahren ist dafür Sorge zu tragen, dass die Kabelaufbauelemente nicht durch die Hitze geschädigt werden. Bei mechanisch hergestellten Leiterverbindungen unterscheidet man nach lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen. Lösbar sind Klemm-, Schraub- und Steckverbindungen. Nicht lösbar sind Pressverbindungen und Steckverbindungen mit Arretierung sowie Schrauben mit Abreißkopf. Kabelklemmen sind in ihrer Ausführung je nach Art der herzustellen- den Verbindung und der zu verbindenden Leiter recht vielfältig. Die am häufigsten vorkommenden Verbindungen sind nachfolgend beschrieben: – Abzweigklemmen dienen der Her- stellung der Abzweigverbindungen in Hausanschlussmuffen. Sie sind entweder als Einzelklemmen oder Mehrfachklemmen ausgeführt. Ein- zelklemmen werden auf die blanken Leiter montiert (Bild  3.1). Die Ab- messungen der Kabelabzweig-(Ein- zel-)Klemmen sind in DIN  47658 genormt. – Mehrfachklemmen werden auf die isolierten Leiter des durchgehen- den Kabels montiert. Das Durchstoßen der Leiterisolierung erfolgt entweder über Frässchrauben oder Kontaktzähne (Bild 3.2). Diese sehr weit verbreiteten – auch als Klemmringe be zeichneten – Mehr- fachklemmen werden in Abzweigmuffen unterschiedlichster Technik eingesetzt. Mehrfachklemmen benötigen Stützstege zwischen den Kabeladern, um einen ausreichend hohen Kontaktdruck herstellen zu können und ein Ausweichen der Leiter zu verhindern. Die abzweigen- den Leiter werden, je nach Ausführung der Klemmringe, mit oder ohne Isolierung in die Klemmkanäle eingeführt und durch Schrauben kontaktiert. Neben klassischen Konstruktionen stellt die einschrau- Bild 3.1 Einzelklemme www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 122 Bild 3.3 einschraubige Mehrfachkabelklemme Bild 3.2 Mehrfachkabelklemmen a) Schneidenkontakte b) Spitzenkontakte c) Fräskontakte d) Pyramidenkontakte a) c) d) b) bige Mehrfachklemme eine montagefreundliche und seit einiger Zeit etablierte Alternative dar (Bild 3.3). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 123 123 Bild 3.4a V-Direktanschlussklemme Zum Anschluss der Leiter an Anlagenteile haben sich bereits seit Jahr- zehnten im Niederspannungsnetz Direktanschlussklemmen (Bild 3.4a) bewährt; analog dazu spricht man ab der Mittelspannung von Kabel- schuhen (Bild 3.4b). Bild 3.4b Schraubkabelschuh – Schraubverbinder dienen im Mittel- und Niederspannungsnetz zur Verbindung von Leitern und gegebenenfalls Schirmdrähten unterei- nander. Ihr Vorteil liegt in der universellen Anwendungsmöglichkeit (Bild 3.5 und 3.6). So können unterschiedliche Leiterarten, -quer- schnitte und -materialien miteinander verbunden werden. Im Nieder- spannungsnetz werden neben Einzelverbindern auch Mehr fach- verbinder eingesetzt. Bild 3.5 Aus Einzelverbindern zusammengesetzter Mehrfachverbinder www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 124 Bild 3.7 Herstellen einer Sechskant-Pressverbindung – Pressverbinder unterscheiden sich nach der Art der Formgebung, z. B. Sechskant-, Tiefnut-, Oval- und Rundpressung. Bei Leiterquer- schnitten etwa ab 16 mm2 und in einem Spannungsbereich bis 30 kV wird in Deutschland vielfach die Sechskantpressung angewendet (Bild 3.7). Dabei müssen Presshülsen für Aluminiumleiter kontaktver- bessernde Zusätze enthalten. Pressverbinder sind in DIN 46267 Teil 1 und Teil 2 genormt. Diese Technik wird aber zunehmend durch die Schraubtechnik abgelöst. Bild 3.6 Schraubverbinder mit versetzter Anordnung und in Linie angeordneter Schrauben www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 125 – Bei Steckverbindungen erfolgt die Kontaktierung durch federnde Elemente. Steckverbindungen können durch Bolzenanschluss lösbar oder durch eine Arretierung unlösbar sein. Kabelschuhe werden zum Anschluss von Kabeln an Anlagen eingesetzt. Sie können als Press- oder Schraubkabelschuhe ausgeführt sein. Presskabelschuhe sind geometrisch in DIN 46235 und DIN 46329 und mit Prüfanforderungen, auch für Schraubverbinder in den Normen der Reihe DIN VDE 0220 standardisiert geprüft. Schirmdrähte werden mit Press- oder Schraubverbindern verbunden. Außer- dem können für Schirmverbindungen Rollfedern (Bild 3.8) verwendet werden. Dabei wird eine spiralförmige Feder über die übereinanderliegenden Schirm- drähte gewickelt. Die von der Rollfeder ausgeübte Kraft bewirkt die Kontaktie- rung der Schirmdrähte miteinander. 3.2.2 Isolierungen, Feldsteuerelemente und Schutzhüllen Die Isolierung einer Garnitur kann aus Wickelbändern, unterschiedlichen Vergussmassen, Halbfertigteilen wie Schrumpfmaterialien, Fertigteilen wie Aufschiebkörper oder einer Kombination dieser Teile bestehen. Beim Aufbringen der Isolierung sind Hohlräume zu vermeiden. Dies gilt vor allem auch für die Grenzschichten zwischen der aufzubringenden Iso- lierung und den Kabelaufbauelementen. In solche Hohlräume könnte Wasser eindringen und bei Mittelspannungskabeln könnten an diesen Stellen Teilentladungen auftreten. Daher sind auch während der Mon- tage verursachte kleinste Beschädigungen oder eingeschleppte Verun- reinigungen sehr kritisch. Deswegen ist einerseits von den Garnituren- herstellern eine einfache Montagemöglichkeit und andererseits von den Monteuren sorgfältiges Arbeiten zu fordern. PE und VPE haben eine hohe Wärmedehnung und kein Adhäsionsver- mögen. Die Abdichtung der Grenzschichten und die mechanische Fi- xierung muss daher über den Anpressdruck der entsprechenden Garniturenelemente erfolgen. Im Niederspannungsbereich besteht auch die Möglichkeit (z.  B. durch mineralhaltige Zuschläge) adhäsionsfähige Kunststoffmischungen herzustellen oder die Flächen bei der Montage Bild 3.8 Rollfeder über Schirm www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 126 Bild 3.9 Elektrisches Feld an der Absetzstelle a) ohne Feldsteuerung b) mit Feldsteuerung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 so zu bearbeiten (z.  B. durch Aufrauen), dass ein ausreichendes Adhä- sionsvermögen erreicht wird. Ab einer Nennspannung der Mittelspannungskabel von U0/U = 6/10 kV entsteht an der Absetzstelle der äußeren Leitschicht ein Bereich mit er- höhter elektrischer Feldstärke. Daher ist eine Steuerung des elektri- schen Feldes erforderlich (Bild  3.9). Diese Feldsteuerung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen [3.1]. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist die Steuerung über ein trichterförmiges Feldsteuerelement, das z.  B. in den Isolierkörper einer Aufschiebgarnitur integriert ist (ka- pazitive Steuerung). Weitere Möglichkeiten zur Feldsteuerung sind das resistive und das refraktive Verfahren. Schutzhüllen haben die Aufgabe, die darunterliegenden Aufbauele- mente mechanisch zu schützen, Feuchtigkeit fernzuhalten und als Be- rührungsschutz zu wirken. Bei Garnituren, die vergossen werden, ist die Schutzhülle gleichzeitig Gießform für die Vergussmasse. Die klassische Schutzhülle der Kabelgarnitur, ein Metallgehäuse, ist zunehmend durch Kunststoffgehäuse ersetzt worden. 3.3 Montagetechniken bei Kabelgarnituren Um den eingangs gestellten Anforderungen zu entsprechen, werden bei den Kabelgarnituren die nachfolgend beschriebenen Montagetechniken angewendet. 3.3.1 Wickeltechnik Isolierung, Feldsteuerelemente und Schutzhüllen können durch Wickel aus Bändern mit entsprechenden Eigenschaften hergestellt werden. Zur Herstellung der Isolierung und der Feldsteuerelemente werden bei papierisolierten Kabeln massegetränkte Papierbänder, bei kunststoff- isolierten Kabeln Kunststoffbänder verwendet. Kunststoffbänder können „selbstverschweißende“ Eigenschaften haben, d.  h. das Band wird bei der Montage gedehnt, so dass die einzelnen Lagen dann unter dem Druck der Dehnungsvorspannung verschweißen. 127 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 128 3.3.2 Vergusstechnik Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Heiß- und Kaltvergusstechnik sowie der Gießharztechnik, siehe Abschnitt 3.3.3. Die Heißvergusstechnik wurde in den letzten Jahrzehnten für papierisolierte Kabel angewendet. Diese Technik kann auf Grund der hohen Anforderun- gen an Arbeitssicherheit und Umweltschutz nicht mehr eingesetzt werden oder nur nach Erstellung einer Gefährdungsbeurteilung und deren zwingen- der Einhaltung und durch geschultes Personal mit entsprechenden Sicher- heitseinrichtungen bzw. -vorkehrungen realisiert werden. Kaltvergussmassen sind entweder Ein- oder Zweikomponentensysteme. In beiden Fällen wird ein stabiles Gehäuse für den mechanischen Schutz be- nötigt, da die Vergussmasse dauerelastisch bleibt. Die Masse übernimmt den Feuchtigkeitsschutz sowie gegebenenfalls die Isolierung. Da bei der Montage (Bild 3.10) keine Schrumpfung auftritt, erübrigt sich ein Nachgießen. Bild 3.10 Montage einer Verbindungsmuffe in Kaltvergusstechnik www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 3.3.3 Gießharztechnik Gießharzmassen werden in Zweikomponenten-Form (Harz und Härter) geliefert und vor der Verarbeitung gemischt. Das Harz ist eine Masse auf Basis von Polyurethan und Additiven. Der Härter basiert auf eine Isocyanatverbindung. Sie benötigen nur eine Gießform, da das ausge- härtete Gießharz, der so genannte Gießharzkörper, eine so große Fes- tigkeit hat, dass er auch die Aufgabe des mechanischen Schutzes erfüllt. Das schließt nicht aus, dass die Gießform aus anderen Gründen als Be- standteil der Garnitur verbleibt. Das Gießharz dient gleichzeitig dem Feuchtigkeitsschutz und der Isolierung (Bild 3.11). Bei Zweikomponentenmassen sind die begrenzte Lagerzeit und die be- grenzte Verarbeitungszeit nach dem Mischen (Topfzeit) zu beachten. Die Gießharzmassen werden in Dosen oder Doppelkammerbeutel luft- und lichtdicht geliefert und frostfrei gelagert. Bewährt haben sich so ge- nannte Doppelkammer-Mischbeutel, in denen die Komponenten im „ge- schlossenen System“ gemischt werden. Dabei werden die flüchtigen Bestandteile der Isocyanathaltigen Härter gebunden, so dass während des Vergießens der Muffe nur im flüssigen Zustand noch sehr geringe Mengen entweichen können. Bei sachgemäßer Verarbeitung besteht so keinerlei Gefahr für Monteur und Umwelt [3.3]. Die angemischten Rest- mengen können als Hausmüll entsorgt werden. Hausanschlussmuffen an kunststoffisolierten Niederspannungskabeln sind der wichtigste Anwendungsbereich für Gießharzgarnituren. 129 Bild 3.11 Schematische Darstellung einer Gießharz-Hausanschluss- muffe mit Parallelabzweig www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 CH GE EINFA ZUV SI S VERLÄ SICH ZU I ZUV haben den er ach zu in einf mit (TE)´s Ra Dank optimie HERE VER ALLIE A INST SI S VERLÄ armschrumpfschlauch er en W t rs erbindungslösung Ve tallier s ende V abelzubehör seit mehr chem K y a ortschrittlich er Designs und f ert RBINDUNG ERENDE U A GE, EINF ontinuie eln k rfunden und entwick er t en Ma tiv a v e inno Unser gen an. e , zuv e tiv a v en inno r als 60 Jahr o et TE C ahl biet w erialaus t her Ma GEN UND CH C A erlich an einer en xpert riale sige und erläs onnectivity ONNECTIO Y C EVER onnectiv 17 TE C © 20 en Sie ahr Erf en. biet maßgeschne e In sind unser onz on der K V on L ielzahl v EVERY CO V en. S sind Mark OUNT N C , TE, TE , chem, TE C y tion. 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Formteile, welche die Aufgabe haben, die Garni- turen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen, sind innen mit einem Kleber versehen, der die Grenzschicht zwischen Kabel und Garni- tur verklebt. Zum Zweck der Feldsteuerung werden auch schwachleitende Schrumpfteile (re- sistive und/oder refraktive Feldsteuerung) ver- wendet. Warmschrumpfgarnituren finden Verwendung als Muffen und Endverschlüsse für Nieder- und Mit- telspannungskabel. Niederspannungs-Verbindungsmuffen aus wär- meschrumpfenden Schläuchen sind in DIN 47632 und DIN V 47640 in Kombination mit Press- und Schraubtechnik genormt. Bild 3.13 Kaltschrumpftechnik a) mit Stützrohr vor der Montage b) fertig montierter Endverschluss Bild 3.12 Warm- schrumpf-Endver- schluss in Freiluftausfüh- rung für VPE-iso- lierte 20-kV-Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei der Kaltschrumpftechnik werden aufgeweitete, mechanisch vorge- spannte Kunststoffformteile durch eine Stützwendel oder ein Stützrohr im aufgeweiteten Zustand gehalten [3.4]. Bei der Montage wird die Stützwendel bzw. das Stützrohr entfernt, wodurch das Formteil auf- schrumpft (Bild 3.13). Der Vorteil gegenüber der Warmschrumpftechnik ist, dass keine offene Flamme benötigt wird. 3.3.5 Aufschiebtechnik Aufschiebgarnituren sind Fertigteile aus Kunststoff – Silikonkautschuk oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-modifiziert) –, die auf das vorberei- tete Kabelende aufgeschoben werden. Die Teile sind elastisch und dich- ten auf dem Kabel durch Presssitz. Das Aufschiebteil dient der Isolierung und hat im Regelfall ein integriertes Feldsteuerelement. Auf- schiebgarnituren werden bei kunststoffisolierten Mittelspannungskabeln als Endverschlüsse (Bild 3.14) und Muffen eingesetzt. Auch für die Ver- bindung von einadrigen papier- mit VPE-isolierten Kabeln (Übergangs- muffen) stehen Aufschiebgarnituren zur Verfügung. 132 Bild 3.14 Aufschiebend- verschluss a) Freiluftausführung b) Innenraumausführung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 133 3.4 Ausführungen von Kabelgarnituren 3.4.1 Muffen Muffen werden vorwiegend im Erdreich eingesetzt. Sie müssen so be- schaffen sein, dass auch bei lastabhängigen Temperaturschwankungen keine Feuchtigkeit eindringen kann. Sie müssen weiterhin korrosions- beständig sein, insbesondere auch gegenüber den im Erdboden zu er- wartenden aggressiven Stoffen resistent sein [3.5]. Muffen müssen den Prüfanforderungen der Normreihe DIN VDE 0278 entsprechen. Soweit Muffen ein Metallgehäuse haben, muss dieses mit dem Neutral- leiter des Kabels oder dem metallenen Kabelmantel oder dem Schirm verbunden sein. Das Muffengehäuse wird dadurch berührungssicher und dient gleichzeitig als zusätzlicher Erder. 3.4.1.1 Verbindungsmuffen Muffengehäuse aus Metallguss mit – je nach Kabelbauart – einer Innen- muffe oder drei Innenmuffen stellen die klassische Methode zur Verbin- dung papierisolierter Mittelspannungskabel dar. Diese werden praktisch nicht mehr eingesetzt. Die heutigen Konstruktionen aus schlagzähen Kunststoffen stellen eine hervorragende Alternative dar. Das Handling wird auch bei der Montage durch das reduzierte Gewicht deutlich erleichert. Seit über 25 Jahren sind auch auf dem Gebiet der Verbindungsmuffen für papierisolierte Kabel die Entwicklungen voran gekommen, wie z.  B. eine Verbindungsmuffe in Warmschrumpftechnik für 10-kV-Gürtelkabel (Bild 3.15) und eine Übergangsmuffe in Aufschiebtechnik, die zusätzlich eine Füllmasse enthalten. Bild 3.15 Verbindungsmuffe mit Massereservoir in Warmschrumpf- technik für 10-kV-Gürtelkabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Zur Verbindung von kunststoffisolierten Kabeln werden montagefreund- lichere und rationellere Verbindungsverfahren eingesetzt. Verwendung finden Gießharzmuffen, Schrumpfmuffen, Muffen in Aufschiebtechnik und Muffen, in denen verschiedene Grundtechniken (siehe auch Ab- schnitt 3.3) miteinander kombiniert werden. Im Niederspannungsbereich kommen heute fast ausschließlich Verbin- dungsmuffen in Warmschrumpftechnik zum Einsatz. Hierfür werden vor- konfektionierte Schrumpfschläuche verwendet. Muffen in Vergusstechnik sind als Alternativen am Markt verfügbar. Früher wurden hierfür auch Heiß- Bitumenmassen in Verbindung mit Graugussmuffen verwendet. Im Mittelspannungsbereich haben aufschiebbare Verbindungsmuffen (Bild 3.16) sehr weite Verbreitung gefunden. Mit diesen können auch Kabel mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten, -formen und -werk - stoffen oder Kabel mit grafitierter und fest verschweißter äußerer Leit- schicht miteinander verbunden werden. Eine rationelle Muffenmontage ermöglicht auch die Warmschrumpftechnik. Die bereits seit einigen Jah- ren auf dem Markt befindliche Kaltschrumpftechnik, die insbesondere den Vorteil der Montage ohne Flamme bietet, hat sich bislang in Deutschland nur in vergleichsweise geringem Umfang durchgesetzt. 3.4.1.2 Übergangsmuffen Für die Verbindung von Kabeln unterschiedlicher Bauart, insbesondere von VPE-isolierten mit papierisolierten Mittelspannungskabeln, werden Übergangsmuffen benötigt, da hier Aufbauelemente mit grundsätzlich verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften zusam- menstoßen. Diese Übergangsmuffen enthalten Innenmuffen mit soge- nannten „trockenem“ Aufbau bestehend aus Polymerschläuchen oder bis vor einigen Jahren mit einer Füllung aus Kabelimprägniermasse (Massereservoir) zur Nachtränkung des papierisolierten Kabels im Nah- bereich der Muffe. Diese Technik kann als abgelöst bezeichnet werden, da die Umweltauflagen für diese Arbeitsschritte ähnlich denen für die 134 Bild 3.16 Aufschiebbare Verbindungsmuffe mit integrierten Feldsteu- erelementen für VPE-isolierte Mittelspannungskabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 135 Bild 3.17 Übergangsmuffe für die Verbindung von Dreibleimantel - kabel mit kunststoffisoliertem Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 136 Heißvergusstechnik strengen unwirtschaftlichen Auflagen unterliegen. Trockene Übergangsmuffen sind in unterschiedlichen Konstruktionen am Markt erhältlich, z. B. siehe Bild 3.17. 3.4.1.3 Abzweigmuffen Um einen Niederspannungs-Verbraucher an ein durchgehendes Haupt- kabel anzuschließen, werden spezielle Abzweigmuffen eingesetzt (in Ausnahmefällen auch bei höheren Spannungen bis 20 kV). Der wesent- liche Anwendungsbereich besteht in der Versorgung von einzelnen Ab- nehmern über so genannte Hausanschlussmuffen, in denen ein Kabel mit geringerem Leiterquerschnitt an das Hauptkabel angeschlossen wird. Die gusseisernen Hausanschlussmuffen wurden auf breiter Front von Kunststoffmuffen, die mit Kaltvergussmasse oder Gießharz gefüllt werden, abgelöst. Die Abzweigmuffe in klassischer T-Form wurde inzwischen weitgehend von der so genannten Parallelabzweigmuffe verdrängt. Hierbei wird das Abzweigkabel parallel zum Durchgangskabel in die Muffe eingeführt und mit einem Klemmring angeschlossen (Bild 3.18). Bei Einhaltung der ent- sprechenden Sicherheitsregeln kann diese Muffe auch unter Spannung montiert werden. Ein weiterer Vorteil des Parallelabzweiges liegt im klei- neren Füllvolumen. Bild 3.18 1-kV-Abzweigmuffe für PUR-Gießharz geeignetes Gehäuse an Kunststoffkabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 137 Im Wettbewerb zu den mit unterschiedlichen Füllmassen vergossenen Muffen mit Gehäuse stehen die Abzweigmuffen in Warmschrumpftech- nik. Den äußeren Schutz dieser Muffen übernehmen faserverstärkte Manschetten mit Kleberbeschichtung (Bild 3.19). Unabhängig von den unterschiedlichen Montagetechniken der Abzweig- muffen haben sich zur Herstellung der Leiterverbindungen Mehrfach- klemmen (Klemmringe) durchgesetzt. Die Mehrfachabzweigklemmen können im Set zum Lieferumfang der Muffe gehören. Diesen Lieferum- fang muss der Anwender mit seinem Lieferanten abstimmen. 3.4.2 Endverschlüsse Je nach Anbringungsort wird nach Innenraum- und Freiluft-Endverschlüs- sen unterschieden. An Freiluft-Endverschlüsse sind besondere Anforde- rungen hinsichtlich der Witterungs- und Umwelteinflüsse zu stellen [3.6]. Prüfanforderungen für Endverschlüsse sind in der Normenreihe DIN VDE 0278 angegeben. Die in DIN VDE 0101 angegebenen Richtwerte für das Innenraumklima können nicht in allen Innenraumanlagen, z.  B. Umspannstationen, voraus - gesetzt werden. Es sollten Endverschlüsse eingesetzt werden, die die festgelegten Prüfungen der Normenreihe DIN VDE 0278 bestanden haben. Bild 3.19 Abzweigmuffe für kunststoffisolierte 1-kV-Kabel in Warm- schrumpftechnik www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 138 3.4.2.1 Endverschlüsse für Massekabel Niederspannungs-Endverschlüsse Die früher verwendeten, mit Vergussmasse gefüllten Endverschlüsse erfordern einen beträchtlichen Montageaufwand. Heute werden deshalb für Innenraum- und Freiluft-Endverschlüsse neuere Lösungen, wie z. B. die Schrumpftechnik, angewendet. Mittelspannungs-Innenraum-Endverschlüsse Bei Endverschlüssen für papierisolierte Mittelspannungskabel sind grundsätzlich zwei Bauarten zu unterscheiden: – Endverschlüsse für Gürtelkabel und Höchstädterkabel – Endverschlüsse für Dreibleimantelkabel und einadrige Kabel Bild 3.20 Druckfester Kleinend- verschluss für papierisolierte Mittelspannungs kabel Bild 3.21 Innenraum-Endver- schluss mit Klarsichtisolator (Kunststoff) für papierisolierte einadrige Kabel oder Dreibleiman- telkabel bis 30 kV www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 139 Diese Unterscheidung gilt sowohl für Innenraum- als auch für Freiluft- Endverschlüsse. Nachfolgend in den Bildern 3.20 und 3.21 als klassi- sche Bauweise anzusehen. Diese sollten auf Grund der aktuellen Umweltauflagen und auch aus Arbeitssicherheitsaspekten nicht mehr zum Einsatz kommen. Mittelspannungs-Freiluft-Endverschlüsse Freiluft-Endverschlüsse für papierisolierte Kabel bestehen aus einer gusseisernen Fußarmatur, einem Isolator aus Porzellan oder Glas und einer Kopfarmatur. Einadrige Kabel und Dreibleimantelkabel werden mit drei einzelnen Endverschlüssen abgeschlossen. Dreileiter-Endver - schlüsse für Gürtel- und Höchstädterkabel besitzen die gleichen Isola- toren und Kopfarmaturen wie Endverschlüsse für einadrige Kabel; hier tritt jedoch an die Stelle der Fußarmatur ein Aufteilgehäuse (Bild 3.22). Bild 3.22 Freiluft-Endverschluss für Gürtelkabel oder Höchstädter - kabel bis 36 kV www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 140 Bei Glasisolatoren kann der Massestand während des Betriebs ohne zusätzliche Maßnahmen kontrolliert werden, bei Porzellanisolatoren ist dafür eine aufgesetzte Sichthaube erforderlich. Diese Bauweise wird im Neubau nicht mehr errichtet und ist abgelöst durch den Einsatz von Kunststoffkabeln. Aus Umweltschutzgründen kann auch das Nachfüllen nur unter Beachtung der Auflagen noch durchgeführt werden. Empfoh- len ist bei Erreichen einer bestimmten jährlichen Nachfüllmenge ggf. die Altanlage zurückzubauen und durch Kunststoffkabel zu ersetzen. 3.4.2.2 Endverschlüsse für Kunststoffkabel Niederspannungs-Endverschlüsse Aus elektrischer Sicht sind für kunststoffisolierte Niederspannungskabel keine Endverschlüsse erforderlich. Die Leiterisolierung von Niederspannungs-Kunststoffkabeln ist weitge- hend unempfindlich gegen Feuchtigkeit. In Muffen kann Wasser jedoch zu Störungen führen. Deshalb sollten dort, wo mit Feuchtigkeit zu rech- nen ist, Adern und Kabelzwickel dicht verschlossen werden, um ein Ein- dringen von Wasser und dessen Ausbreitung im Kabel zu verhindern. Diese Anforderung lässt sich relativ einfach mit wärmeschrumpfenden Garnituren erfüllen (Bild 3.23). Besteht die Gefahr einer unzulässigen Alterung der Isolierungen durch UV-Strahlung, so sind diese abzudecken. Bild 3.23 Endverschluss für kunststoffisolierte 1-kV-Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Mittelspannungs-Innenraum-Endverschlüsse Im Mittelspannungsbereich haben sich für Innenraumanlagen Endver- schlüsse in Kunststofftechnik durchgesetzt. In der Vergangenheit waren diese Endverschlüsse mit Kunststoffmasse (Gießharz, Silikonkaut- schuk) gefüllt. Heute werden überwiegend Endverschlüsse in Aufschieb- technik eingesetzt. Daneben behaupten sich Endverschlüsse in Warmschrumpftechnik. Aufschiebbare Endverschlüsse bestehen aus Silikonkautschuk oder EPDM und besitzen einen integrierten oder separaten Feldsteuerkörper (Bild 3.24). Die Montage dieser Garnituren ist sehr einfach. Bei der Vor- bereitung der Kabelenden muss besondere Sorgfalt angewendet werden, damit es nicht aufgrund scharfer Kanten, Verschmutzungen, Lufteinschlüs- sen o. Ä. zu Teilentladungen und somit zum Ausfall des Endverschlusses kommt. Neuere Konstruktionen decken jeweils mehrere Querschnitte ab. Auch die Warmschrumpftechnik gestattet eine rationelle Montage. Dabei ist allerdings zum Aufschrumpfen der Feldsteuer- und Isolierschläuche sowie gegebenenfalls der Isolierschirme die Zufuhr von Wärme, d.  h. in der Regel die Verwendung einer offenen Flamme, erforderlich. Kaltschrumpf-Endverschlüsse werden über das vorbereitete Kabelende geschoben und schrumpfen nach dem Entfernen des Stützrohres bzw. der Stützwendel selbsttätig auf das Kabel auf. Mittelspannungs-Freiluft-Endverschlüsse Für Freiluftanwendungen werden grundsätzlich die gleichen Techniken wie bei Innenraum-Endverschlüssen eingesetzt; hier sind aber zusätz- liche Anforderungen hinsichtlich der auftretenden Witterungseinflüsse 141 Bild 3.24 Aufschieb-Innenraum-Endverschluss für VPE-isolierte 20-kV-Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 zu beachten. So werden beispielsweise Aufschieb- oder Schrumpfend- verschlüsse (Bild 3.25) mit zusätzlichen Isolatorschirmen zur Verlänge- rung der Kriechwege ausgestattet. Weiterhin ist es unbedingt erforderlich, das Eindringen von Wasser in den Leiter und den Schirm- bereich zu vermeiden. Für spezielle Anwendungen werden Freiluft-Endverschlüsse mit Isola- toren aus Porzellan oder Glas eingesetzt, wobei die stabile Bauweise als Stützelement genutzt werden kann. Durch einen in den Isolator ein- geklebten Adapter aus Silikonkautschuk wird der Anschluss unterschied- lichster Kunststoffkabeltypen und -querschnitte ermöglicht. 3.4.3 Garnituren in Stecktechnik 3.4.3.1 Stecktechnik im Niederspannungsnetz Insbesondere für den Einsatz in Kabelverteilerschränken mit geringer Bautiefe wurde die Stecktechnik für das Niederspannungsnetz entwi- ckelt [3.7]. Diese Stecksysteme bestehen aus Steckdosen, die zusam- men mit Abdeckblenden auf den Sammelschienen montiert werden, sowie aus den Kabelsteckern (Bild 3.26). 142 Bild 3.25 Freiluft-Schrumpfendverschluss für einadrige 20-kV-Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 143 Die Betätigung der Kabelstecker erfolgt mit dem für NH-Sicherungen ge- normten Sicherungsaufsteckgriff. Beim Abziehen des Steckers ist eine Arretierung zu überwinden, sodass sich aufgrund des erhöhten Kraftauf- wandes zwangsläufig eine hohe Abzugsgeschwindigkeit ergibt. Die hohe Abzugsgeschwindigkeit und integrierte Löschkammern gewährleisten Lastschalteigenschaften; es können Ströme bis 300 A geschaltet werden. Alle aktiven Teile dieses Niederspannungs-Laststecksystems sind im gesteckten wie im gezogenen Zustand gegen direktes Berühren finger- sicher abgedeckt (Schutzart IP2X entsprechend EN 60529). 3.4.3.2 Stecktechnik im Mittelspannungsnetz Steckgarnituren haben integrierte feldsteuernde Elemente, eine Isolie- rung aus Silikonkautschuk oder EPDM und eine äußere Umhüllung aus einer leitfähigen Beschichtung oder einem leitenden Kunststoff oder aus Metall [3.6]. Steckbare Kabelanschlüsse bestehen aus einem Geräteanschlussteil, das in dem anzuschließenden Gerät eingebaut ist, und einem Kabel- Bild 3.26 Niederspannungs-Stecksystem in einem Kabelverteiler- schrank www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 steckteil, das auf das Kabel montiert ist. Die beiden Teile werden durch Stecken miteinander verbunden. Bei kleinen Nennströmen wird hierbei gleichzeitig die Leiterverbindung hergestellt. Bei großen Nennströmen wird die Leiterverbindung durch Schrauben gesichert. [3.1]. Nach der Lage des konusförmigen Isolierkörpers im Geräteanschluss - teil wird nach dem Außenkonussystem und dem Innenkonussystem un- terschieden (Bild 3.27). 144 Bild 3.27 Schematische Darstellung gekapselter steckbarer Kabelanschlüsse in Außen- und Innenkonustechnik www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 145 In Lasttrennschaltanlagen werden bevorzugt Steckteile in Außenkonus- technik (bis 630 A) eingesetzt (Bild 3.28), während sich in Leistungs- schalteranlagen Stecker in Innenkonustechnik durchgesetzt haben (Bild 3.29). Kabelsteckteile sind im gesteckten Zustand berührungssicher (gekapselt). Die Abmessungen von Geräteanschlussteilen mit steckbaren Leiterver- bindungen sind in DIN 47636 (Außenkonustechnik) und DIN 47637 (Innenkonustechnik) sowie in EN 50180 und EN 50181 genormt. Steckgarnituren werden als Kabelanschlüsse und Muffen von mehreren Herstellern in vielfacher Ausführungsart angeboten (z.  B. gerader Stecker, Winkelstecker, T-Stecker). Bild 3.28 Kabelsteckteil in Außenkonustechnik, MS Bild 3.29 Kabelsteckteil in Innenkonus technik, MS www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Aufgrund des steigenden Einsatzes von Kleinschaltanlagen mit beeng- ten Anschlussräumen verzeichneten die Kabelsteckteile in den vergan- genen Jahren deutliche Zuwachsraten und werden aufgrund der starken Nachfrage ständig weiterentwickelt. Zu der Gruppe der Stecker sind auch die so genannten Kabelsteck - adapter zu zählen, die zwar die Anforderungen an die elektrische Fes- tigkeit gewährleisten, jedoch nicht berührungssicher sind. 3.4.3.3 Stecktechnik im Hochspannungsnetz In der Hochspannungstechnik haben sich zum Anschluss an die Schalt- anlagen im Wesentlichen die steckbaren Garnituren durchgesetzt. Diese haben ebenfalls integrierte feldsteuernde Elemente, wie ab der Mittel- spannung bekannt. Das steckbare Kabelanschlusssystem besteht grundsätzlich aus zwei Komponenten dem Gießharzkörpern und dem dazugehörigen Ka- belanschlussteil. Der Gießharzkörper wird nor- mativ als Geräteanschlussteil, landläufig als „Buchse“ bezeichnet. Das Kabelanschlussteil wird umgangssprachlich auch als „Stecker“ be- zeichnet. Im Bild 3.30 wird ein Anschlusssys- tem in Innenkonusform nach DIN 50181 dargestellt. Das Geräteanschlussteil, wird direkt in der Schaltanlage bzw. dem Transformator kon- struktiv integriert. Isolationsmedien wären somit in Transformatoren, z. B. Mineralöl bzw. Ester, sowie in Schaltanlagen, SF6 oder neue alternative Gase. Im eingesteckten, betriebsbereiten Zustand wird die Feldsteuerung entweder z. B. durch tiefgezogene Aluminiumkalotten im Gießharz vergossen oder alternativ in halbleitende Harze eingebettet. Die Länge der Buchse kann in vielen Fällen mit dem Ziel eines kompakten Systems kürzer sein als von der Norm vorge- 146 Bild 3.30 Kabelsteck- teil in Innenkonustech- nik, HS www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 147 schrieben. Zur Erreichung der Normlänge werden Verlängerungsele- mente aufgebracht. Optional sind Geräteanschlussteile mit kapazitivem Spannungsabgriff versehen. Hierbei wird ein metallischer Ring einge- gossen, wobei die Enden voneinander isoliert sein müssen. Steckbare (lösbare) Kabelanschlusssysteme dienen als Schnittstelle zwischen Kabel und Schaltanlage bzw. Transformator. Die Integration eines Geräteanschlussteils ermöglicht, verglichen mit der konventionellen Anschlusstechnik mit Endverschlüssen, neue An- sätze. Im Folgenden einige Beispiele: – Anschluss kunststoffisolierter Hochspannungskabel – Steckbare Durchführung für den Anschluss an eine Freileitung bzw. Prüfbetrieb – Gasisolierte T- Muffen (zusätzlicher Abgang / optionale Zuleitung) – Gasisolierte Prüfmuffe als spannungsfester Abschluss – Stecker zur Stromprüfung (Prüfung bei Nennstrombelastung und im Überlastbetrieb) – Steckbare Überspannungsableiter ermöglichen eine Schutzeinrich- tung direkt an dem zu schützenden Objekt – Blindstecker für spätere Erweiterbarkeit www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 148 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Welt der Elektrizitätsversorgung befindet sich im größten Wandel ihrer Geschichte. Experten von PFISTERER sind dabei: Mit unseren Komponenten und Systemen zur Verbindung von Energieleitungen werden die Energienetze der Zukunft geknüpft. Verbindungen, die die Welt bewegen. THE PFISTERER GROUP www.pfisterer.com www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4 Errichten der Kabelanlage Der Verkabelungsgrad, insbesondere in der Hochspannungsebene hat sich in den letzten Jahren signifikant erhöht. Der Trend zur Verkabelung bei der Mittel- und Niederspannung setzt sich weiter auch im ländlichen und unbebauten Bereich fort. Bei vielen Netzbetreibern wurden bereits mechanisierte Legeverfahren eingeführt, die die Kabellegung kostengünstiger und umweltschonender gemacht haben, siehe Abschnitt 4.5. Dadurch kann auch die Verkabelung von Ausläuferleitungen wirtschaftlich interessant werden. Solche Legever- fahren sind auch im Hochspannungsbereich möglich und werden verein- zelt bei kunststoffisolierten 110-kV-Kabeln angewendet. Für die Unter- querung von Gewässern und Verkehrswegen wurden Verfahren entwi- ckelt, die eine Kabellegung ohne Aufbruch ermöglichen, damit die Akzep- tanz erhöhen und oft kostengünstiger sind als herkömmliche Verfahren. Ein fachgerechter, sorgfältiger Kabelleitungstiefbau durch qualifizierte Unternehmen ist nach wie vor ein wesentlicher Faktor für die Errichtung einer langlebigen, zuverlässigen und damit wirtschaftlichen Kabelanlage (siehe auch Abschnitt 5). Zu beachten sind die Verantwortlichkeit für die durchzuführenden Arbeiten und die Baustellensicherung. Hilfreich ist es, wenn die zu beauftragenden Firmen einem Präqualifi- kationsverfahren unterzogen werden und zusätzlich eine ständige Fir- menbeurteilung im Zuge der durchgeführten Projekte stattfindet. Sowohl für den Netzbetrieb als auch für die Auskunftserteilung ist eine umfassende und aktuelle Dokumentation des Netzes erforderlich. Große Bedeutung hat daher ein sorgfältig geführtes Planwerk, das heute über- wiegend mit Hilfe der graphischen Datenverarbeitung erstellt und fortge- führt wird. Durch die digitale Grundkartenerfassung und die Einbindung der Versorgungsleitungen wird die Erstellung von Bestandsplänen ver- einfacht und vereinheitlicht. 4.1 Projektierung und Genehmigungsverfahren Die Notwendigkeit neuer Kabelanlagen ergibt sich aus den Anforderun- gen der Kunden sowie aufgrund betrieblicher oder netzplanerischer Ge- sichtspunkte. In der Planungsphase werden zunächst Anfang und Ende, Spannungsebene sowie die erforderliche Übertragungsleistung der Lei- 150 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 tungsverbindung festgelegt. In der anschließenden Projektierungsphase werden Kabeltyp, Querschnitt und der genaue Trassenverlauf bestimmt. Hierbei sind technische, wirtschaftliche, genehmigungsrechtliche und umweltrelevante Aspekte zu berücksichtigen. 4.1.1 Festlegen der Trasse Eine wichtige Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit einer Kabelstre- cke ist die Wahl einer geeigneten Kabeltrasse. Mit einer sorgfältigen Planung der Kabeltrasse sind bei der Bauausführung erhebliche Arbeits- erleichterungen und damit Kosteneinsparungen zu erzielen. Die für die Stromversorgung erforderlichen Kabel sind möglichst im „öffentlichen Verkehrsgrund“ zu legen. Darunter versteht man im All- gemeinen die dem öffentlichen Verkehr dienenden Gehwege, Rad- wege, Parkbuchten, Fahrbahnen, Plätze, Unterführungen, Brücken und dergleichen. Bei der Legung im öffentlichen Verkehrsgrund sind die einschlägigen Festlegungen mit den jeweiligen Eigentümern zu be- achten. Maßgebend sind im Falle von kommunalen Straßen die Kon- zessionsverträge oder Betriebsführungsverträge, im Falle von Straßen höherer Ordnung Vereinbarungen mit Autobahndirektionen, Straßen- bauämtern und Landkreisen. Kabellegungen in Grünanlagen, die der Naherholung dienen, sind möglichst zu vermeiden. Es sollen so wenig 151 Bild 4.1 schematische Darstellung für Trassenbelegung im öffentlichen Verkehrsraum (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 152 wie möglich private Grundstücke in Anspruch genommen werden. Ist dies nicht zu vermeiden, ist es immer ratsam, neben der NAV (Nieder- spannungsanschlussverordnung) eine beschränkte persönliche Dienstbarkeit im Grundbuch eintragen zu lassen. In der Vorbereitungs- phase ist auch zu bedenken, wie die Beeinträchtigung von Grundstü- cken und Straßen, insbesondere auch während der Bauphase, in einem vertretbaren Maß gehalten werden kann. Die Wahl einer ent- sprechenden Bauzeit (z. B. außerhalb der Vegetationsperiode, an ver- kehrsneuralgischen Punkten während der Ferienzeit) und einer entsprechenden Trasse (z. B. entlang von Wegen) kann erhebliche Kosteneinsparungen bringen. Um eine einheitliche Unterbringung von Leitungen und Anlagen in öffent- lichen Flächen zu ermöglichen, sollte die ATB-BeStra (Allgemeine tech- nische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommunikationslinien aus dem Jahr 2008 genutzt werden. In den letzten Jahren wurden viele DIN-Normen überarbeitet bzw. neu er- stellt, jedoch hat sich in der Praxis die in Bild 4.1 dargestellte Aufteilung des öffentlichen Verkehrsraumes bewährt. Dabei sollten die Anlagen der Stromversorgung und der Telekommunikation im Geh- bzw. Radweg, alle anderen Anlagen im Straßenbereich untergebracht werden. Lassen die örtlichen Gegebenheiten die gewünschte Anordnung nicht zu, so ist mit den zuständigen Stellen (i. W. Straßenbaulastträger) eine Trasse für die zu errichtenden Anlagen festzulegen. Auch hier kann un- terstützend die ATB-BeStra genutzt werden. In der ATB-BeStra ist be- schrieben, wo und in welcher Weise Leitungen unter Berücksichtigung der verkehrlichen und technischen Belange der Straßenbauverwaltung, der Straßennutzer und der bereits vorhandenen Leitungseinrichtungen gelegt werden können, siehe Abschnitt 4.3.2. In vielen Gemeinden werden Neubaugebiete mit so genannten Multiflä- chen erschlossen. Durch den Wegfall der Gehwege liegen dann alle Sparten in einem Graben. Aus Sicht der Energieversorgung entstehen hier erhebliche Mehrkosten, da durch diese Multiflächen, die den glei- chen Oberflächenaufbau wie die Straße aufweisen, eine tiefere Legung der Versorgungsleitungen notwendig wird. Besonders in Städten wird seit wenigen Jahren gern der Radstreifen nachträglich mit auf die Straße geführt. In der verbleibenden Nebenfläche wird der Platz für die Versor- gungsleitungen begrenzter. Dies führt oft zu Anpassungen der Leitungs- träger, ganz besonders bei in Rohren verlaufenden, querenden Leitungen. Auch bei der Herstellung von Hausanschlüssen werden alle www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Hausanschlussleitungen in einen gemeinsamen Graben gelegt. Bei die- ser Bauweise, auch Mehrspartentechnik oder Querverbund genannt, werden Kosten eingespart und die Bauzeit verkürzt. Wesentliche Gesichtspunkte bei der Projektierung der Kabeltrasse ent- halten DIN VDE 0276-1000 sowie die Hauptabschnitte „Empfehlung für die Verwendung“ der entsprechenden Teile der DIN VDE 0276. Dane- ben sind bei der Projektierung folgende Punkte zu beachten: – Grundstücksbeschaffenheit (Oberfläche, Boden und Nutzung) – vorhandene und geplante Leitungsanlagen und Bauwerke – topographische Verhältnisse – zu kreuzende Verkehrswege und Gewässer 4.1.2 Anordnung der Kabel Während der Projektierungsphase ist auch die Anordnung der Kabel im Graben festzulegen, da die Anordnung das Grabenprofil beeinflusst und somit auch Auswirkungen auf die Trassenführung haben kann. Ein Bei- spiel für verschiedene Kabelanordnungen zeigt Bild 4.2. Üblich sind die Dreiecks- und Einebenenanordnung. Die vertikale Anordnung wird nur in Ausnahmefällen bei sehr beengten Platzverhältnissen oder beim Ein- satz von Kabelpflügen angewendet. Bild 4.2 Anordnung von einadrigen Kabeln a) Dreiecksanordnung b) Einebenenanordnung c) vertikale Anordnung 153 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 154 Bei Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Nachrichtenkabeln ist der Platzbedarf ausschlaggebend für die Anordnung der Kabel im Graben. Die Netzbetreiber definieren in der Regel Standardgräben und standar- disierte Anordnungen (Bild 4.3), um Kosten und Projektierungsaufwand zu senken, sowie die Abrechnung mit Tiefbauunternehmen zu verein - fachen. Beispiele und Randbedingungen sind in Abschnitt 4.3.2 auf - gezeigt. Ab der Mittelspannungsebene und bei großen zu übertragenden Leis- tungen wirkt sich die Anordnung zunehmend auf die elektrischen Eigen- schaften der Kabelanlage aus. Speziell bei einadrigen Kabeln sollten jeweils die Adern eines Drehstromsystems gebündelt im Dreieck ange- ordnet werden oder verseilte Kabel zum Einsatz kommen. Dadurch wer- den die Wechselstromzusatzverluste verringert, was sich günstig auf die Kabelbelastbarkeit auswirkt. Außerdem werden die magnetischen Felder auf ein Mindestmaß reduziert. Bild 4.3 Beispiel für eine mögliche Trassenbelegung eines städti- schen Netzbetreibers (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 156 Bei Hochspannungskabelanlagen beeinflusst neben der räumlichen An- ordnung auch die Art der Erdung der Kabelmäntel bzw. der Kabel- schirme die Übertragungseigenschaften. Je nach der zu übertragenden Leistung und der Kabellänge kann eine einseitige Erdung der Mäntel bzw. Schirme oder eine zyklische Auskreuzung (cross bonding) erfor- derlich sein, vor allem bei großen Querschnitten der Mäntel (Blei oder Aluminium) bzw. Schirme. Das Auskreuzen erfolgt mittels spezieller Muf- fen (cross-bonding-Muffen), die ein isolierendes Zwischenstück haben. Dadurch lassen sich in der Muffe die Mäntel bzw. Schirme elektrisch trennen; sie können somit durch eine entsprechende Zusammenschal- tung zyklisch vertauscht werden. Die Schaltung erfolgt meist in oberir- disch aufgestellten Schränken. Eine Auskreuzstrecke besteht aus drei (oder einem Vielfachen von drei) gleich langen Teilstrecken, die an bei- den Enden geerdet ist, während die inneren Muffen ausgekreuzt sind (Bild 4.4). Mit dieser Maßnahme wird der Induktionsstrom in den Män- teln bzw. Schirmen bis auf einen Reststrom unterdrückt, was wesentlich zur Verminderung der Verluste und damit zur Erhöhung der Übertra- gungsfähigkeit beiträgt. Bei Kabeln für sehr hohe Leistungen können Maßnahmen zur aktiven Kühlung erforderlich sein, die damit ebenfalls die Anordnung und das Trassenprofil beeinflussen (Abschnitt 2.7.7.2). Bild 4.4 Beispiel eines Auskreuzschemas (cross bonding) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 157 4.1.3 Näherungen und Kreuzungen mit anderen Anlagen Bei Näherungen und Kreuzungen von Kabeln mit anderen Anlagen und Bauteilen müssen entsprechende Regeln beachtet werden, damit beim Bau keine gegenseitigen Beschädigungen und beim Betrieb keine unzu- lässigen gegenseitigen Beeinträchtigungen entstehen. Allein schon wegen der möglichst ungehinderten Durchführung von Arbeiten an den Anlagen sind genügend große Abstände einzuhalten. Darüber hinaus können sich aber auch aus dem laufenden Betrieb Notwendigkeiten für besondere Schutzmaßnahmen ergeben. Sofern aus besonderen Grün- den von den üblichen Abständen abgewichen werden soll, sind entspre- chende andere Schutzmaßnahmen zwischen den Beteiligten festzulegen. Sehr häufig sind Kreuzungen oder Näherungen der Kabel mit Fernmel- deanlagen, Eisenbahnen, Autobahnen oder Wasserstraßen. Hierbei sind die in DIN VDE 0100-520 zusammengestellten Kreuzungs- und Nä- herungsvorschriften für Kabel im Erdreich zu beachten. Fernmeldeanlagen Im ungestörten Betrieb gehen keine Beeinflussungen von Kabelanlagen auf Fernmeldeanlagen aus. Im Fall von Störungen an Kabelanlagen kann ein Fehlerstrom über das Erdreich fließen; das kann zu Signalein- kopplungen und Spannungsanhebungen auf Fernmeldeleitungen füh- ren. Insbesondere DIN VDE 0228, die Technischen Empfehlungen und Richtlinien der Schiedsstelle für Beeinflussungsfragen (SfB) und die Ge- fahrenstellen-Vereinbarung Telekom/VDEW sind zu beachten. Eisenbahnen, Autobahnen und Wasserstraßen Bei Kreuzungen und Näherungen mit Eisenbahnen, Autobahnen und Wasserstraßen sind die Besonderheiten, wie der Zugang zur Baustelle und die Gefährdung des Verkehrs, sowohl beim Bau als auch im lau- fenden Betrieb zu berücksichtigen. Bei elektrischen Bahnanlagen sind zusätzlich Fragen des Korrosionsschutzes zu beachten. Falls vorhan- den, gelten für Signal- und Fernmeldeeinrichtungen die oben gemach- ten Aussagen zu Fernmeldeanlagen. Besonders zu beachten sind DIN VDE 0115 und DIN VDE 0150, sowie die Empfehlungen und Richt- linien der Arbeitsgemeinschaft DVGW/VDE für Korrosionsfragen (AfK), die Stromkreuzungs-Richtlinien für Bundesbahn, die NE-Stromkreu- zungsrichtlinien für nichtbundeseigene Eisenbahnen und die Wasser- straßen-Kreuzungsvorschriften für fremde Starkstromanlagen. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Fernwärmenetze Durch Kreuzungen und Näherungen zu Fernwärmeleitungen wird die Wärmeabfuhr der Kabelanlage beeinträchtigt. In [4.1] sind Abstände ge- nannt, bei denen sowohl die Wärmeabfuhr für die Kabelanlage als auch die Zugänglichkeit der Leitungen bzw. Kabel gewährleistet ist. Danach sind im Regelfall für Niederspannungskabel und Nachrichtenkabel 30 cm, für einzelne Mittelspannungskabel je nach örtlichen Verhältnis- sen 60 bis 80 cm und für mehrere Mittelspannungskabel 100 bis 150 cm Abstand einzuhalten. Ist z. B. bei Querungen die Einhaltung der Abstände nicht möglich, kön- nen in Abstimmung mit dem Fernwärmenetzbetreiber wärmeableitende Platten ins Erdreich eingebracht werden, um die gegenseitigen Einflüsse zu minimieren. Gasleitungen Um eine gegenseitige Gefährdung im Fehlerfall auszuschließen, sollen Gasleitungen und Kabelanlagen in ausreichendem Abstand voneinan- der gelegt werden. Einzelheiten hierzu sind in der Technischen Emp- fehlung Nr. 7 der Schiedsstelle für Beeinflussungsfragen und in den Arbeitsblättern des Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) geregelt. Der Abstand zwischen Gasleitung und Kabel soll mindestens 0,2 m be- tragen, bei Parallelführung soll ein Abstand von 0,4 m angestrebt wer- den. Sofern der Mindestabstand von 0,2 m nicht eingehalten werden kann, muss durch geeignete Maßnahmen, die zwischen den Leitungs- betreibern getroffen werden, ein direktes Berühren verhindert werden. 158 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.1.4 Behördliche Genehmigung, Wegenutzung Planfeststellungsverfahren, Plangenehmigungsverfahren Die Erfordernis von Planfeststellungsverfahren und Plangenehmigungs- verfahren ist im Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), § 43, Ausgabe vom 13. April 2017, geregelt. § 43 Erfordernis der Planfeststellung Die Errichtung und der Betrieb sowie die Änderung von 1. Hochspannungsfreileitungen, ausgenommen Bahnstromfernleitun- gen, mit einer Nennspannung von 110 Kilovolt oder mehr, 2. Gasversorgungsleitungen mit einem Durchmesser von mehr als 300 Millimeter, 3. Hochspannungsleitungen, die zur Netzanbindung von Windenergie- anlagen auf See im Sinne des § 3 Nummer  9 des Erneuerbare-Ener- gien-Gesetzes im Küstenmeer als Seekabel und landeinwärts als Freileitung oder Erdkabel bis zu dem technisch und wirtschaftlich günstigsten Verknüpfungspunkt des nächsten Übertragungs- oder Verteilernetzes verlegt werden sollen und 4. grenzüberschreitende Gleichstrom-Hochspannungsleitungen, die nicht unter Nummer 3 fallen und die im Küstenmeer als Seekabel verlegt werden sollen, sowie deren Fortführung landeinwärts als Freileitung oder Erdkabel bis zu dem technisch und wirtschaftlich günstigsten Verknüpfungspunkt des nächsten Übertragungs- oder Verteilernetzes, 5. Hochspannungsleitungen nach § 2 Absatz 5 und 6 des Bundesbe- darfsplangesetzes, bedürfen der Planfeststellung durch die nach Landesrecht zuständige Behörde. Bei der Planfeststellung sind die von dem Vorhaben berührten öffentlichen und privaten Belange im Rahmen der Abwägung zu berück- sichtigen. Für Hochspannungsleitungen mit einer Nennspannung von 110 Kilovolt im Küstenbereich von Nord- und Ostsee, die in einem 20 Kilometer brei- ten Korridor, der längs der Küstenlinie landeinwärts verläuft, verlegt wer- den sollen, kann ergänzend zu Satz 1 Nr. 1 auch für die Errichtung und den Betrieb sowie die Änderung eines Erdkabels ein Planfeststellungs- verfahren durchgeführt werden. 159 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 160 Nach dem Netzausbaubeschleunigungsgesetz (NABEG) können hier wesentliche Verkürzungen der Genehmigungslaufzeiten erreicht wer- den. Mit der Anreizregulierungsverordnung (ARegV) erfolgt eine bessere Anerkennung der Kosten für Erdverkabelungsmaßnahmen. Der behörd- liche Genehmigungsprozess kann beim Umweltbundesamt (UBA), z. B. auf dessen Homepage eingesehen werden [4.2]. Raumordnungsverfahren Nach dem Raumordnungsgesetz, das durch Landesplanungsgesetze einzelner Bundesländer ergänzt wird, werden bei überörtlichen und raumbedeutsamen Planungen Raumordnungsverfahren notwendig. Im Einzelfall ist zu prüfen, ob weitere Gesetze (z. B. Naturschutzgesetz, Wasserrecht) betroffen sind. Sonstige Genehmigungen sowie privatrechtliche Zustimmungen Vor Beginn der Arbeiten in öffentlichen Straßen ist in jedem Fall die Zustimmung des Straßeneigentümers sowie eine Anordnung verkehrs- regelnder Maßnahmen bei der zuständigen Behörde einzuholen. Grund- lagen sind hier die Regelwerke RSA und ZTV SA (siehe Abschnitt 4.1.8). Für diese Genehmigungen existiert keine bundeseinheitliche Gebüh - renordnung. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit Straßenei- gentümern Rahmenverträge abzuschließen, in denen die Bedingungen häufig wiederkehrender Baumaßnahmen geregelt sind. Bei Legung von Leitungen in stadt- bzw. gemeindeeigenen öffentlichen Verkehrsflächen sind bestehende Konzessionsverträge zu beachten. Bei Inanspruchnahme von öffentlichem Grund – kein öffentlicher Ver- kehrsgrund – sowie von Privatgrundstücken ist ebenfalls eine vorherige Zustimmung des Grundstückseigentümers notwendig. Eine solche Zu- stimmung darf bei der Inanspruchnahme von Privatgrundstücken nach der NAV (Niederspannungsanschlussverordnung bzw. Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung) i. d. R. nicht versagt werden, wenn der Grundstückseigentümer Netzanschlusskunde des ört- lichen Netzbetreibers ist und die Leitung der örtlichen Versorgung dient. Der Grundstückseigentümer darf im Anwendungsbereich der NAV nur dann die Inanspruchnahme seines Grundstückes verweigern, wenn dies für ihn mit unzumutbaren Nachteilen verbunden ist. Für Mittel- und Hochspannungsanlagen ist grundsätzlich eine dingliche Sicherung für den Bau, den Betrieb und die Unterhaltung durch Abschluss eines www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 161 Dienstbarkeitsvertrages und Eintragung einer Dienstbarkeit herbeizu- führen, da nur so die vereinbarten Rechte auf Dauer (z. B. bei Verkauf des Grundstücks) gesichert sind. 4.1.5 Projektplan Der Projektplan dient als Grundlage für die interne Bearbeitung und Ge- nehmigung der Maßnahme, die behördliche Genehmigung der Trasse, die Abstimmung mit anderen Versorgungsträgern, die Einholung der Zustimmung der Grundstückseigentümer sowie für die Erstellung der Ausschreibungsunterlagen. Der Projektplan sollte möglichst viele Infor- mationen entlang der geplanten Trasse enthalten: – projektierte Trasse – vorhandene und projektierte Verkehrswege, Brücken, Gebäude, Bau- linien, Baumpflanzungen usw. – Grundstücksgrenzen – Gewässer, Schutzgebiete – vorhandene und projektierte andere Leitungen Im Bedarfsfall sind darüber hinaus Höhenprofile und Kreuzungsunter- lagen zu erstellen. Bild 4.5 Ausschnitt aus einem digitalen Projektplan (Quelle: Westnetz) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Zur Erstellung des Projektplans wird zunehmend die graphische Daten- verarbeitung eingesetzt (siehe auch Abschnitt 4.10). Dadurch lässt sich ein Plan blattschnittfrei aus der gespeicherten Grundkarte erstellen, in den die projektierten Leitungen eingetragen werden. Eine weitere Ver- einfachung für die Abstimmung und das Genehmigungsverfahren ergibt sich, wenn die digitale Grundkarte der amtlichen Katasterkarte ent- spricht (Bild 4.5). Der Projektplan enthält üblicherweise alle bereits vorhandenen Kabel sowie die projektierten neuen Trassen. Die Anzahl der auf diesen Tras- sen neu zu legenden Kabel wird im Allgemeinen im Projektplan nicht dargestellt. Die Angabe der jeweiligen Grabenprofile ist dann hilfreich, wenn sich im Verlauf der Trasse die Zahl der zu legenden Leitungen än- dert. Das unterstützt die Arbeit der Tiefbaufirmen und vermeidet unnö- tige Diskussionen bei der späteren Aufmaßerstellung. 4.1.6 Bodenuntersuchung Bodenuntersuchungen können erforderlich sein, um die angetroffenen Bodenarten auf ihre Wiederverwendung zu prüfen. In aggressive Böden, wie Moor, Torf, Asche, Bauschutt usw., dürfen Kabel zur Vermeidung von chemischer Korrosion nicht unmittelbar eingebettet werden. In sol- chen Fällen muss der Boden in der Umgebung des Kabels (ca. 20  cm nach allen Seiten) gegen geeignetes Füllmaterial (z. B. Sand) ausge- tauscht werden, es sei denn, es kommt eine besondere Mantelkonstruk- tion zum Einsatz oder die Kabel werden in Rohre gelegt. Bei der Entstehung von Abfällen durch Oberflächenaufbruch oder Bo- denaustausch ist das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) zu berücksich- tigen. Die Deponieverordnungen sehen für Bodenaushub grundsätzlich vor einer Deponierung eine Bodenklassifizierung nach Belastungsstufen mittels Beprobung vor. – Z 0: uneingeschränkter Einbau mit Ausnahme in Schutzgebietszonen III sowie mit Überlagerung durch Bodenschicht, die die Vorsor- gewerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) einhält – Z 1: eingeschränkter offener Einbau – Z 2: eingeschränkter Einbau mit definierten technischen Sicherungs- maßnahmen (Behördeneinbindung) Hier können erhebliche Mehrkosten für den Auftraggeber entstehen. 162 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Wenn auf Grund der Örtlichkeit kein Platz zur Bodenlagerung vorhanden ist, ist belasteter Boden als Abfall zu betrachten und entsprechend dem KrWG zu behandeln. Ferner ist die Bestimmung der Homogenbereiche nach DIN 18300 für die Leistungsbeschreibung bei der Vergabe der Tiefbauarbeiten erfor- derlich. In dieser DIN sind Querverweise zu den einschlägigen DIN- Normen für Baugrunduntersuchungen, sowie zu geotechnischen Erkun- dungen enthalten. Besonderheiten der Bodenbeschaffenheit können ent- scheidend in die Kosten der Kabelanlage eingehen. Deshalb ist es wichtig, sich hierüber frühzeitig Kenntnisse zu verschaffen, um gege- benenfalls eine andere Kabeltrasse zu suchen, denn bei Aufbruch des Bodens wird der Auftraggeber Eigentümer des Aushubs und ist somit für dessen sachgerechte Behandlung, ggf. Entsorgung verantwortlich. Besteht Verdacht auf Verunreinigung des Aufbruch- und Aushubmateri- als, so sind genauere Untersuchungen vorzunehmen. Für den Fall, dass das Material gemäß Wasserhaushaltsgesetz oder entsprechender Vorschriften nicht mehr eingefüllt werden darf, ist die weitere Vorgehens- weise zur Verwertung bzw. Entsorgung den einschlägigen Verwaltungs- vorschriften zu entnehmen. Hier ist im Wesentlichen die BBodSchV zu berücksichtigen, daraus ein Auszug: Diese Verordnung gilt für: „… die Untersuchung und Bewertung von Verdachtsflächen, altlastver- dächtigen Flächen, schädlichen Bodenveränderungen und Altlasten sowie für die Anforderungen an die Probennahme, Analytik und Qualitätssiche- rung nach § 8 Abs. 3 und § 9 des Bundes-Bodenschutzgesetzes, (…).“ 4.1.7 Information Dritter Jedes projektierte Bauvorhaben ist so frühzeitig bekanntzugeben, dass den Betroffenen ausreichend Zeit zur Rückäußerung und Vorbereitung ihrer Maßnahmen zur Verfügung steht. In dem „Verfahren zur Informa- tion der Betreiber anderer Leitungen“ sind Art und Umfang der pro - jektierten Baumaßnahmen in einem Projektplan maßstäblich und übersichtlich auszuweisen. In der Stellungnahme müssen die betroffe- nen Stellen alle ihre vorhandenen und geplanten Anlagen darstellen. 163 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Es ist empfehlenswert, die Anlieger über die geplanten Arbeiten durch Hinweistafeln oder Infoflyer vorab zu informieren. Zum einen benötigen besonders Gewerbetreibende diese Information, um Ihre Lieferanten zu informieren, zum anderen fühlen sich die Anlieger gut informiert und haben so auch eine Kontaktadresse. Bei Kleinstmaßnahmen und Tagesbaustellen, z.  B. Hausanschlüssen, wird im Normalfall auf ein solches Verfahren verzichtet. 4.1.8 Koordinierung mit anderen Baumaßnahmen Bei der Neuerschließung von Wohn- und Gewerbegebieten oder Sanie- rung von Straßen und Leitungsanlagen sollte eine möglichst frühe ge- genseitige Abstimmung der verschiedenen Leitungsbetreiber über den zeitlichen Ablauf der Baumaßnahmen erfolgen. Durch diese Koordinie- rung werden wiederholte Aufgrabungen und damit unnötige Kosten ver- mieden. Kabel sollten immer im Anschluss an die Bauarbeiten für Kanal und möglichst nach den Bauarbeiten für Fernwärme, Wasser und Gas gelegt werden. Insbesondere bei größeren Maßnahmen ist ein abge- stimmter schriftlicher Bauzeitenplan erforderlich. Städte und Gemeinden neigen dazu, nach Neu- bzw. Sanierungsarbei- ten Aufgrabesperrfristen von bis zu 5 Jahren festzulegen, damit der Stra- ßenkörper durch nachträgliche Arbeiten nicht zu schnell wieder geschädigt wird. Aus diesem Grund werden i. d. R. vor solchen Arbeiten alle Betreiber von Versorgungs- und Entsorgungsleitungen über geplante Arbeiten informiert. Die mehrspartige Legung, insbesondere bei der Herstellung von Haus- anschlüssen, erfolgt heute von vielen Unternehmen standardmäßig und gilt als anerkannte Technik. 4.1.9 Abstimmung mit Behörden bei Arbeiten im Verkehrsraum Bei der Planung eines größeren Bauvorhabens sollte bereits vorab mit der Straßenverkehrsbehörde abgestimmt werden, welche verkehrs- rechtlichen Auflagen zu erwarten sind. Bei Aufgrabungen in oder an öf- fentlichen Straßen können die Auflagen zur Verkehrssicherung, z.  B. Ab- und Wiederanfuhr des Aushubs, besonders umfangreiche Beschil- 164 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 derungen usw., für die Kostenberechnung von großer Bedeutung sein. Die Straßenverkehrsordnung (StVO) fordert für die Festlegung der Bau- stellenbeschilderung, im Regelfall vom Bauunternehmen, einen Ver- kehrszeichenplan (§ 45). Im Wesentlichen muss dieser enthalten: – den Straßenabschnitt, – die im Zuge des Abschnitts bereits vorhandenen Verkehrsschilder, Verkehrseinrichtungen und Anlagen, – Art und Ausmaß der Arbeitsstelle, einschließlich der für die Baustel- leneinrichtung benötigten Fläche, – die für die Kennzeichnung der Arbeitsstelle und für die Verkehrsfüh- rung im Bereich der Arbeitsstelle notwendigen Verkehrszeichen und Verkehrseinrichtungen. Es empfiehlt sich, mit den zuständigen Ordnungsbehörden Regelpläne gemäß Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen (RSA) zu vereinbaren, die sich in vielen Fällen als ausreichend erweisen. Die Anordnungen der Ordnungsbehörden richten sich an den Bauun- ternehmer. Die Ordnungsbehörde legt fest, in welchem Umfang der öf- fentliche Verkehrsraum vorübergehend eingeschränkt werden kann (§ 32 StVO) und verpflichtet den Bauunternehmer, die erforderlichen Si- cherungsmaßnahmen gegenüber dem Straßenverkehr zu treffen. Be- sondere Bedeutung kommt dabei den RSA und den Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Sicherungsarbeiten an Arbeitsstellen an Straßen (ZTV-SA) des Bundesministeriums für Ver- kehr, Bau und Stadtentwicklung, in der jeweils gültigen Fassung zu. 4.1.10 Ausschreibung und Vergabe der Kabellegungsarbeiten Die Ausschreibung und Vergabe von Kabellegungsarbeiten sollte auf folgenden Angaben und Festlegungen beruhen: – Einleitende Erläuterung der Baumaßnahme (grobe Baubeschreibung) – detaillierte Beschreibung der auszuführenden Arbeiten – Angaben über die Homogenbereiche sowie die vorhandenen bzw. herzustellenden Oberbauschichten und Oberflächen – Aufzeigen der vom Unternehmer zu entsorgenden Abfälle gemäß KrWG, siehe auch Abschnitt 4.3.3 – Angaben zur Kampfmittelbelastung (Begleitung durch Fachkundigen gemäß §20 „Sprengstoffgesetz“) 165 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Angaben zur Kabellegung (Ziehen der Kabel, Schutzmaßnahmen für das Kabel, Hinweise auf mögliche Hindernisse bei der Kabellegung) – Angaben über das Füllen des Kabelgrabens, über die Abfuhr und Ent- sorgung des übriggebliebenen Aushubs – Angaben über Wiederinstandsetzung der Straßenoberflächen unter Berücksichtigung der einschlägigen Vorschriften, z. B. Regelwerk für den Straßenbau – Angaben über die Verrechnung gegebenenfalls auftretender beson- derer Leistungen – Angaben über das Beistellen besonderer Baustoffe (z.  B. Schutz- rohre, Sand, Füll- und Abdeckmaterial) und Leistungen (z. B. Kabel- transport, Bohrungen) – Ausführungsfristen, gegebenenfalls unter Festlegung von Vertrags- strafen – Haftung und Gewährleistung – besondere Bedingungen für Abrechnung und Bezahlung – Einbehaltung einer Sicherheitsleistung für etwaige Nachbesserungs- arbeiten – Hinweise auf Erfüllung behördlicher Auflagen Bewährte Grundlage für das Bauvertragswesen ist die Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB). Teil A (DIN 1960) der VOB enthält „Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen“, Teil B (DIN 1961) „Allgemeine Vertrags- bedingungen für die Ausführung von Bauleistungen“ und Teil  C (DIN 18299 – 18459) „Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen“. Werden die Regelungen der VOB als Vertragsbestand- teil vereinbart, so gilt für die Kabelleitungstiefbauarbeiten die DIN 18322 „Kabelleitungstiefbauarbeiten“ in der jeweils gültigen Fassung. Hinweise für Aufgrabungen in Verkehrsflächen enthalten die Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen (ZTV A-StB). Bauarbeiten für Kabellegung werden in der Regel an Tiefbauunterneh- men vergeben, die auf Kabelleitungstiefbau spezialisiert sind. Es muss sichergestellt sein, dass diese Unternehmen über einschlägig qualifiziertes Personal und geeignete technische Ausrüstung verfügen, da eine qualifizierte Behandlung der Kabel sowohl beim Transport als auch während des Legens dringend erforderlich ist. Beschädigungen 166 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 werden oft nicht sofort erkannt oder als belanglos abgetan und können später zu einem Ausfall des Kabels mit umfangreichen und teuren Re- paraturarbeiten führen. Daher muss bei einer Ausschreibung der billigste Anbieter nicht zwangsläufig der wirtschaftlich günstigste sein. Der Auswahl der mit der Kabellegung beauftragten Unternehmen kommt besondere Bedeutung zu. Zur Auswahl geeigneter Leitungstiefbauun- ternehmen sollte die im Jahr 2015 erstmals veröffentlichte VDE-Anwen- dungsregel „Bauunternehmen im Leitungstiefbau – Mindest anforde- rungen“ (VDE-AR-N 4220), sowie die im Jahr 2016 herausgegebene VDE-Anwendungsregel „Mindestanforderungen an ausführende Unter- nehmen in der Kabellegung“ (VDE-AR-N 4221) herangezogen werden. Die RAL-GZ 962 „Kabelleitungstiefbau“ enthält Bestimmungen für die Gütesicherung. Tiefbauunternehmen, die das RAL-Gütezeichen führen, müssen die in den Güte- und Prüfbestimmungen enthaltenen Anforde- rungen erfüllen und bieten somit die Gewähr für eine entsprechende Ausführungsqualität. Die Unternehmen können aber auch auf andere Art bewertet werden, z. B. durch eine Präqualifikation. Darüber hinaus kann bei der Vergabe die Verordnung von öffentlichen Aufträgen im Bereich des Verkehrs, der Trinkwasserversorgung und der Energieversorgung (Sektorenverordnung – SektVO) angewandt werden. Öffentliche Aufträge, deren geschätzter Wert einen festgelegten Schwel- lenwert überschreitet, müssen entsprechend der so genannten Sekto- renverordnung europaweit ausgeschrieben werden. Die jeweils gültigen Schwellenwerte werden im Bundesanzeiger veröffentlicht [4.3]. Anmerkung: Nach §3 SektVO ist eine Freistellung durch die EU-Kom- mission möglich, wenn die Sektorentätigkeiten sich auf den Markt mit freiem Zugang bezieht und unmittelbar dem Wettbewerb ausgesetzt sind. Der Freistellungsantrag kann vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi), einzelnen Auftraggebern oder Verband gestellt werden. 4.2 Vorarbeiten und Baustelleneinrichtung Baustellen, dazu gehören auch Abstellplätze für Baustoffe und Bauge- räte, sind so zu sichern, dass weder die an der Baustelle Beschäftigten noch Dritte gefährdet werden. 167 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.2.1 Erkundigungspflicht Vor Beginn der Bauarbeiten ist der Auftraggeber (Bauherr) verpflichtet, sich bei allen örtlichen Leitungsbetreibern zu erkundigen, ob im Arbeits- bereich Kabel oder Leitungen vorhanden sind. Die Erkundigungspflicht kann an Dritte, z. B. an das ausführende Tiefbauunternehmen, vertrag- lich übertragen werden. Diese Maßnahme dient der Sicherheit des Personals im Arbeitsbereich und dem Schutz der im Boden befindlichen Anlagen. Werden durch Tiefbauarbeiten Versorgungsstörungen verursacht, kön- nen seitens der Betroffenen Schadenersatzansprüche geltend gemacht werden. Wer die Erkundigungspflicht verletzt und dadurch eine Beschä- digung verursacht, muss nach geltender Rechtsprechung mit Bestra- fung wegen fahrlässiger Baugefährdung rechnen. Beim grabenlosen Leitungsbau ist die vorherige Erkundigung nach vor- handenen Leitungen noch wichtiger als bei der konventionellen Kabelle- gung, da bei diesen Legemethoden keine optische Kontrolle des „Grabens“ erfolgt. Unerkannte Leitungen können so bemerkt oder unbemerkt beschä- digt werden. In begründeten Fällen muss die grabenlose Bauweise einge- stellt und die Maßnahme in offener Bauweise weitergeführt werden. 4.2.2 Verkehrssicherung In öffentlichen Straßen ist die Straßenverkehrsordnung maßgebend. Entsprechend sind im Bereich von Autobahnen, Wasserstraßen, Schie- nenwegen usw. die Vorschriften der jeweils zuständigen Verwaltungen zu beachten. Warnzeichen und Absperrungen sind vor Beginn der ei- gentlichen Arbeiten anzubringen und müssen laufend den Gegebenhei- ten angepasst werden. Die Sicherheit der Baustelle ist stets auf recht- zuerhalten (z. B. durch Beleuchtung, Aufräumen usw.). Da Leitungs - arbeiten oft im öffentlichen Straßenverkehr stattfinden, gelten hier die RSA in der aktuell gültigen Ausgabe. Die Baustellenleiter (oder deren Vertreter) der im Straßenraum tätigen Firmen sind gehalten, sich in regelmäßigen Abständen vom einwandfreien Zustand der Sicherungsmaßnahmen zu überzeugen (nach Errichtung der Sicherungsmaßnahmen, bei Tagesanbruch und nach Eintritt der Dunkel- heit, nach Unwetter oder Sturm) und Mängel abzustellen. Die Kontrollen sind im Bautagebuch zu dokumentieren (siehe ZTV-SA, Abschnitt 7). 168 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 169 Bei einer Fremdvergabe der Arbeiten ist der Netzbetreiber als Auftrag- geber im Rahmen seiner Aufsichtspflicht für die Beschilderung und Ver- kehrssicherung mit verantwortlich. In der Praxis bedeutet dies, dass der Netzbetreiber die Fachkompetenz der eingesetzten Unternehmen stich- probenweise überprüfen muss. Das Personal des Netzbetreibers muss in der Lage sein, zumindest grobe Mängel der Baustelleneinrichtung und -sicherung zu erkennen. Diese Überprüfungen und eventuell eingeleitete Maßnahmen sollten dokumentiert werden. Hierfür eignet sich ein so ge- nanntes „Bautagebuch“ oder „Tagesberichte“, in denen der Auftragneh- mer wiederkehrende und besondere Ereignisse zu dokumentieren hat. 4.3 Kabelgraben Bei der Planung und Projektierung ist bereits darauf zu achten, dass die Leitungstrassen möglichst geradlinig verlaufen sollen. Die konventio- nelle Kabellegung mit Aushub eines Kabelgrabens und anschließendem Kabelzug ist in bebauten Gebieten nach wie vor die gängige Methode der Kabellegung. Die in der Regel vorhandene Vielzahl der Leitungen im Trassenverlauf schränkt die Möglichkeiten einer mechanisierten Ka- bellegung ein. Das Risiko, eigene oder fremde Kabel- bzw. Rohranlagen zu beschädigen, ist einfach viel zu groß. Grundsätzlich sind alle Arbeitsschritte entsprechend ZTV A-StB auszu- führen. 4.3.1 Feststellen des Zustandes vorhandener Oberflächen Werden vor Inangriffnahme der Arbeiten im Baustellenbereich Schäden an den Oberflächen oder angrenzenden Gebäuden und Grundstücks- begrenzungen (Mauern, Zäune, Tore) festgestellt, so sind diese fotogra- fisch zu dokumentieren. Grobe Schäden sollten dem Eigentümer angezeigt werden. Parallel muss eine Begehung mit einem Vertreter der zuständigen Straßenbaulastträger stattfinden. (siehe auch § 3 VOB Teil B). Im Vorfeld sollten Vereinbarungen über die Wiederherstellung der Oberflächen unter Berücksichtigung etwaiger bestehender Verträge getroffen werden. Ein fachgerechter Aufbruch wird u. a. in der ZTV A- StB beschrieben. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 170 4.3.2 Legetiefe, Mindestüberdeckung und Grabenbreite Die Breite des Kabelgrabens richtet sich in erster Linie nach Art und An- zahl der zu legenden Kabel. Die in DIN 4124 festgelegten Mindestgra- benbreiten sind zu beachten. Bei Arbeiten in Kabelgräben sind die Unfallverhütungsvorschriften zu beachten. Bild 4.6 zeigt die Begriffsdefinitionen der ATB-BeStra bei der Legung von Versorgungsleitungen im öffentlichen Straßenbereich. Nach DIN VDE 0276 wird empfohlen, Kabel mindestens 60 cm, unter Fahrbahnen von Straßen jedoch mindestens 80 cm unter der Erdober- fläche zu legen. Einige Städte und Gemeinden fordern eine Überdeckung von mindestens 1 m im Straßenbereich. Dies erleichtert eine Straßen- sanierung, wenn diese im Vollausbau stattfindet, erheblich. Bei geringe- ren Legetiefen ist das Kabel durch andere Maßnahmen entsprechend zu schützen. Solche Maßnahmen können z. B. Abdeckungen, Legung in Bild 4.6 Begriffsdefinitionen aus ATB-BeStra 1) Die Dicke des Oberbaus ergibt sich aus den RStO bzw. ZTV A-StB Abschnitt 5 oder wird aufgrund des örtlichen Istzustandes einvernehmlich festgelegt. 2) Die Verfüllzone ist der Raum innerhalb des Leitungsgrabens oberhalb der Leitungs- zone bis zum Planum. Die Verfüllzone entfällt, wenn OK Leitungszone und Planum in gleicher Höhe liegen. 3) Die Leitungszone ist der Bereich des Auflagers und der Einbettung bei Leitungen in der Breite des Leitungsgrabens bis 30 cm über den Scheitel der Leitung. Bei Kabel- und Kabelkanalanlagen gelten die Vorschriften des Leitungseigentümers. 4) Soweit sich zur Vermeidung von Schäden an der Leitung sowie aus bautechnischen Anforderungen an die Verdichtung der Frostschutzschicht und an die Tragfähigkeit des Planums sowie an den Verdichtungsgrad in der Leitungszone keine anderweiti- gen Überdeckungen ergeben, ist zwischen Planum und OK Leitung bzw. Schutzrohr eine Überdeckung von mindestens 10 cm einzuhalten. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 171 Rohren oder ein verstärkter Außenmantel sein. Eine Rohrlegung emp- fiehlt sich insbesondere immer im Straßenbereich bzw. in den Einfahrten zu den anliegenden Grundstücken. In Tabelle 4.1 sind die lichten Min- destbreiten für Gräben ohne Arbeitsraum nach DIN 4124 eingetragen. Gräben ohne Arbeitsraum dürfen beim Ausheben und Verfüllen betreten werden, z. B. beim Herstellen einer ebenen und steinfreien Grabensohle. Für Gräben, die rein maschinell erstellt werden und die zu keiner Zeit betreten werden müssen, gibt es keine Vorgaben über Mindestbreiten. Abweichende Tiefen können sich beim Kreuzen von im Erdreich vor- handenen Objekten ergeben. Bei Unterkreuzung von Straßen, Wasser- straßen und Bahnanlagen können von den zuständigen Verwaltungs- behörden die Tiefen vorgeschrieben sein. Tabelle 4.1 Lichte Mindestbreite für Gräben ohne Arbeitsraum nach DIN 4124 Bild 4.7 Standard-Grabenprofil 30 cm × 60 cm für die Belegung mit zwei Niederspannungskabeln NAYY-J 4x150 und einem Straßenbeleuchtungskabel NYY 5x10 Regellegetiefe [m] bis 0,70 über 0,70 bis 0,90 über 0,90 bis 1,0 über 1,00 bis 1,25 lichte Mindestbreite [m] 0,30 0,40 0,50 0,60 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 172 Bild 4.7 zeigt beispielhaft ein Grabenprofil für die Belegung mit zwei Nie- derspannungskabeln und einem Straßenbeleuchtungskabel. Je nach Kabeltyp bzw. Rohrnennweite ist entsprechend Platz im Graben vorzusehen. In Tabelle 4.2 sind Richtwerte hierzu eingetragen. Die nach ATB-BeStra erforderlichen Mindestüberdeckungen sind in Tabelle 4.3 eingetragen. Die Überdeckung von Leitungen bei Kreuzungen, die in grabenloser Bauweise hergestellt werden, beträgt mindestens den zehnfachen Schutzrohrdurchmesser, siehe Abschnitt 4.5.4. Bei der Längsverlegung richtet sich die Mindestüberdeckung nach den einschlägigen Vorschrif- ten der jeweiligen Leitungsbetreiber, sie muss aber mindestens 0,5 m betragen, und die Leitung muss mindestens 0,1 m unterhalb des Pla- nums liegen. Zusätzlich sollten entsprechend der Kabeldurchmesser und die Ab- stände der Kabel zueinander berücksichtigt werden. Der Abstand zuei- Tabelle 4.2 Platzbedarf von Kabeln und Rohren im Graben Tabelle 4.3 Mindestüberdeckungen nach ATB-BeStra (Offene Bauweise bei Kreuzungen) Kabeltyp oder Rohrdurchmesser Platzbedarf [cm] Straßenbeleuchtungs- (SB) oder Fernmeldekabel (FM) 10 Niederspannungskabel (NS) oder Rohre bis DN 75 10 Mittelspannungskabel (MS) bis 185 mm² oder Rohre DN 75 bis DN125 15 Mittelspannungskabel (MS) > 185 mm² oder Rohre DN 125 bis DN160 20 Straßentyp Mindestüberdeckung Bundesstraßen und zweibahnige Landesstraßen außerhalb von Ortsdurchfahrten ≥ 1,2 m Bundes- und Landesstraßen innerhalb von Ortsdurch- fahrten, einbahnige Landesstraßen außerhalb von Orts- durchfahrten sowie Kreis- und Gemeindestraßen innerhalb und außerhalb von Ortsdurchfahrten ≥ 1,2 m, aber mind. 0,1 m unterhalb Planum (gilt auch bei Längslegung) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 173 nander sollte mindestens 7 cm betragen. Kabel mit einem größeren Durchmesser sollten einen Abstand zueinander haben, der dem Durch- messer des Kabels entspricht. Montagegruben Zur Gewährleistung einer qualitätsgerechten Montage müssen Montage- gruben (schematische Darstellung in Bild 4.8) eine ausreichende Größe haben. In Abhängigkeit vom Muffentyp ist von einem Mindestplatzbedarf auszugehen, der in Tabelle 4.4 als Richtwert angegeben ist. Der Kabel- graben ist bei Neulegungen von einer Seite der Muffengrube ca. 2 m bis zur Beendigung der Muffenmontage offen zu halten. Die in der Tabelle angegebenen Maße beziehen sich auf die Standardbauweise. Tabelle 4.4 Empfohlene Muffengrubengrößen Bild 4.8 Montagegrube, schematische Darstellung Muffentyp Länge A [m] Breite B [m] Montagefrei- raum unter Kabel C [m] Verbindungs- und Übergangsmuffen (1 kV) Abzweigmuffen 150/35 (Abzweig ≤ 50 mm²) Abzweigmuffen 150/150 (Abzweig > 50 mm²) 1,2 1,0 1,5 1,0 1,0 1,0 0,3 Verbindungsmuffen für kunststoffisolierte Kabel Mittelspannung (3 Einzelmuffen) 2,0 1,5 0,3 Übergangsmuffen von papier- auf kunststoffisolierte Kabel (sowie in bestimmten Fällen erforderliche Verbindungsmuffen für papierisolierte Kabel) 2,5 1,5 0,4 Abzweigmuffen für kunststoffisolierte Kabel Mittelspannung (3 Einzelmuffen) 3,0 1,5 0,3 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 174 4.3.3 Herstellen des Kabelgrabens 4.3.3.1 Entfernen des Oberbaus Beim Entfernen des Oberbaus sind die Regelungen der ZTV A-StB beschrieben. Befestigte Oberflächen sind getrennt aufzubrechen. Oberbauschichten aus Beton und Asphalt sind parallel zur Leitungstrasse in etwa in Grabenbreite mit geeigneten Geräten vollständig zu durchtrennen. Das Aufbruchmaterial ist je nach Einsatzmöglichkeit vorrangig einer Wieder- verwertung zuzuführen oder zu entsorgen. Pflaster- und Plattenbeläge sind sorgfältig aufzunehmen, zu reinigen und für den späteren Wiedereinbau zwischenzulagern. Randeinfassungen, die gekreuzt werden, sind vor Beginn der Aushub- arbeiten sorgfältig abzubauen und zu lagern. Befestigte Oberflächen ohne Bindemittel sind in der Regel im Zuge der Aufgrabung maschinell auszubauen. Die Behandlung von Grünflächen richtet sich nach den jeweiligen Vereinbarungen mit dem Eigentümer. 4.3.3.2 Aushub Der Aushub des Kabelgrabens ist mit der notwendigen Sorgfalt auszu- führen. Unterschiedliche Aushubmaterialien (nicht gebundener Ober- bau, Oberboden, Kies, Sand usw.) sind getrennt zu lagern. Nach Möglichkeit soll das Aushubmaterial für die Wiederverfüllung des Gra- bens verwendet werden. Die Lagerung erfolgt, wie in Bild 4.9 schema- tisch dargestellt in einem gesicherten Abstand vom Grabenrand. Die Eignung ist sofort nach dem Aushub zu überprüfen, siehe Abschnitt 4.1.6. Feuchtigkeitsempfindliche Böden sind vor Nässe zu schützen. Bei Richtungsänderungen muss der Graben so angelegt werden, dass die Biegeradien der Kabel eingehalten werden können. Generell sind Gräben ab 1,25 m Tiefe mit einem geeigneten Verbau aus- zustatten bzw. abzuböschen (Bild 4.10). Bei nicht bindigen Böden ist bereits bei geringeren Tiefen ein Verbau erforderlich. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 4.9 Grabenprofil mit Abstandsangabe für Aushubmaterial (Quelle: Stromnetz Hamburg) Bild 4.10 Grabenprofil mit Verbauspindeln (Quelle: Stromnetz Hamburg) 175 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei unverbauten Gräben ist darauf zu achten, dass gemäß Bild 4.9 beid- seitig ein lastfreier Streifen von 60 cm eingehalten wird. Das heißt, dass hier keine Bodenlagerung erfolgen darf. Die Grabensohle muss eben ausgeführt sein und darf keine Steine oder andere scharfkantige Gegenstände sowie für das Kabel schädliche Stoffe (Chemikalien) enthalten. Grenzsteine und Vermessungspunkte dürfen nicht entfernt werden. Ist eine vorübergehende Entfernung trotzdem unumgänglich, so ist das zu- ständige Vermessungsamt zu verständigen. Vermessungspunkte und Grenzsteine dürfen nur durch das zuständige Vermessungsamt oder öf- fentlich bestellte Vermessungsingenieure gesetzt werden. Kabel, die bei Grabarbeiten freigelegt werden, sollten möglichst freige- schaltet werden. Kabel, die nicht zweifelsfrei von Fachpersonal als ab- geschaltet identifiziert werden können, gelten als Spannung führend. Sofern eine Abschaltung nicht möglich ist, dürfen Arbeiten an Kabeln und Garnituren (z.  B. Aufnehmen, Umlegen, Hochhängen) nur in be- sonderen Ausnahmefällen und von dafür qualifiziertem Personal in Ab- sprache mit dem Betreiber durchgeführt werden. 176 Bild 4.11 fachgerechte Befestigung der Kabel mit Gurten (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die vorhandenen Kabel sind mit Sorgfalt zu behandeln und in ihrer Lage nicht zu verändern. Die Kabel und Muffen sind mit entsprechendem Be- festigungsmaterial, wie z. B. Gurten zu sichern. Dabei ist darauf zu ach- ten, dass die Gurte nicht an den Verbauspindeln befestigt werden, um den Verbau nicht zusätzlich zu belasten (Bild 4.11). Ältere Massekabel sind so wenig wie möglich zu bewegen, da bei ihnen die Gefahr besteht, dass die Tränkmasse verharzt ist und die Papierlagen verklebt sind. Beim Biegen der Kabel besteht dann die Gefahr des Einreißens der Papiere bzw. der Bildung von Hohlräu- men zwischen einzelnen Papierlagen. Des Weiteren kann der Blei- mantel mechanisch beschädigt werden und Wasser in das Kabel eindringen. Besonders in Innenstadtlagen sind häufig „Sonderlösungen“ erforder- lich, um den örtlichen Geschäftsverkehr möglichst wenig einzuschrän- ken. Hier empfiehlt es sich, Kabelgräben und Montagegruben entsprechend abzudecken (Bild 4.12). Dieser Mehraufwand ist lohnens- wert, da er die Akzeptanz der Baustelle bei den Anliegern massiv er- höht. 177 Bild 4.12 Beispiel für eine innerstädtische Baustellensicherung (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.3.3.3 Entsorgung Bei der Herstellung von Kabelgräben fallen durch Zerstörung von Asphalt- und Betonoberflächen sowie durch verdrängten Aushub Ent- sorgungsvorgänge an, die in Übereinstimmung mit dem KrWG (Kreis- laufwirtschaftsgesetz) abgewickelt werden müssen (vgl. Abschnitt 4.1.6 Bodenuntersuchung). Bei Verdacht auf teer-/pechhaltigen Straßenaufbruch oder kontaminier- ten Bodenaushub hat die ausführende Tiefbaufirma den Auftraggeber unverzüglich zu verständigen und bis zur Klärung mit dem Auftraggeber die Arbeiten zu unterbrechen. 4.3.4 Verfüllen des Kabelgrabens Das Füllmaterial ist lagenweise einzubringen und ordnungsgemäß zu verdichten. Der erreichte Verdichtungsgrad ist zu kontrollieren und zu protokollieren. Der zu erreichende Verdichtungsgrad auf Planum beträgt mind. 45 MN/m2. Für das Herstellen der Leitungszone und die hierfür zu verwendenden Bettungsmaterialien gibt es häufig unternehmensspe- zifische Festlegungen. Das entsprechende Trassenwarnband ist nach den Vorgaben des Leitungsnetzbetreibers in der entsprechenden Lage und Anzahl einzubringen. Die Höhe der einzelnen Schüttlagen richtet sich nach dem Füllmaterial und der Art und der Größe der Verdichtungs- geräte. Grundsätzlich gilt nach ZTV A-StB, dass der ursprüngliche Zu- stand „technisch gleichwertig“ wiederherzustellen ist. Beim Einsatz von maschinellen Verdichtungsgeräten ist beim ersten Verdichtungsvorgang eine ausreichende Mindestüberdeckung – üblich sind etwa 30  cm über dem Scheitel der gelegten Leitung – einzuhalten, damit Kabel und ge- gebenenfalls eingebaute Schutzrohre oder Kabelformsteine nicht be- schädigt werden. Möglichkeiten zur Abdeckung des Kabels bzw. Kennzeichnung der Kabeltrasse sind in Abschnitt 4.4.7 genannt. Streckenabschnitte mit einer großen Häufung von Kabeln und Kabel- schutzrohren können wirtschaftlich und schnell mit Flüssigboden verfüllt werden. Der Flüssigboden kann aus aufbereiteten Aushub und/oder einer speziellen Korngrößenmischung mit optimierten thermischen und mechanischen Eigenschaften bestehen. Das dünnflüssige Gemisch fließt selbstständig in die Zwischenräume, härtet innerhalb von ein bis zwei Stunden aus und hat dann die gleichen bodenmechanischen Ei- genschaften wie der Umgebungsboden. 178 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Weitergehende Erläuterungen sind den „Zusätzlichen Technischen Ver- tragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen“ (ZTV A-StB) zu entnehmen. 4.3.5 Wiederherstellung von Oberflächen Art und Umfang der Wiederherstellung des Straßenoberbaus sind mit dem Straßenbaulastträger abzustimmen. Oberfläche und Aufbau müs- sen technisch gleichwertig wiederhergestellt werden. Gebundene Oberbauschichten sowie Pflaster- und Plattenbeläge sind nach dem Einbau der ungebundenen Tragschicht um das Maß der Auf- lockerung der Randzonen der ungebundenen Tragschicht zurückzu- schneiden oder zurückzunehmen. Anschließend sind die aufgelockerten Randzonen der ungebundenen Tragschichten zu verdichten. Angaben über die Rücknahmebreiten sowie zu entfernende Reststreifen und ähn- liche Maßnahmen sind der DIN 18322, Tabelle 1, oder der ZTV A-StB, Tabelle 2 zu entnehmen. Besonders sorgfältig muss bei befestigten Oberflächen der Übergang zur vorhandenen Oberfläche ausgeführt werden, damit spätere Schäden, bei- spielsweise durch eindringendes Wasser, vermieden werden. Dies gilt ins- besondere für die Vorbehandlung von Schnittflächen vor Einbringen des Asphalts, um eine optimale Verbindung zu erreichen. Bei Beton- und Asphaltoberflächen sind die Nähte der Deckschichten als Fuge auszubil- den und mit Vergussmasse bzw. Fugenband fachgerecht zu verschließen. 4.3.6 Einbau der Durchzüge Um Fahrbahnen, Gleisanlagen und dergleichen nicht für die gesamte Dauer der Kabellegung für den Verkehr sperren zu müssen, werden im Zuge der allgemeinen Erdarbeiten Stahlrohre, Kunststoffrohre oder Ka- belformsteine, so genannte Durchzüge, eingebaut. Nachträglich ist das selbstverständlich in Abstimmung mit dem örtlichen Straßenbaulastträ- ger und der zuständigen Verkehrsbehörde möglich. Dazu werden in der Regel nacheinander die Fahrstreifen aufgegraben, um einen einge- schränkten wechselseitigen Verkehr, der ampelgesteuert sein kann, zu ermöglichen. Bei der Wahl der Rohre ist darauf zu achten, dass einad- rige Kabel eines Wechsel- oder Drehstromsystems nicht einzeln in Stahlrohre gelegt werden dürfen, um magnetische Verluste und unzu- 179 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 lässige Erwärmung zu vermeiden. Für bereits liegende Kabel können teilbare Kunststoffrohre oder Betonformsteine verwendet werden. Zwischen den Rohren (bei Mehrfachlegung) sowie zwischen Grabenwand und Rohr ist ein ausreichender Abstand vorzusehen, siehe Bild 4.13. Die- ser wird durch Abstandshalter gewährleistet. Um zu gewährleisten, dass die Hohlräume (Zwickel) zwischen den Rohren und der Grabenwand ver- füllt und verdichtet werden können, ist Verfüllmaterial einzusetzen, wel- ches den einschlägigen Anforderungen an Verdichtbarkeit entspricht – vorzugsweise der vorhandene Aushub oder Flüssigboden. Bei der Legung in mehreren Ebenen ist ein ausreichender vertikaler Ab- stand zwischen den Rohren einzuhalten. Hierbei muss jede Rohrlage gesondert eingebettet, verfüllt und verdichtet werden, bevor die nächste Lage ausgelegt wird. Nur durch eine lagenweise Verfüllung kann sicher- gestellt werden, dass sich später im Oberflächenbereich Setzungen er- geben, siehe auch Abschnitt 4.3.4. Die lichte Weite der Durchzüge soll das 1,5-fache des Kabeldurchmes- sers nicht unterschreiten (DIN VDE 0276). Schutzrohre dürfen innen keine scharfen Kanten aufweisen. 180 Bild 4.13 Rohrlegung mit Abstandhalter (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Durchzüge sind möglichst geradlinig auf einer planierten und verdich- teten Grabensohle zu legen. Um sie dauerhaft gegen Versanden und Verschlammen zu schützen, müssen die Stoßstellen der Rohre und Formsteine, z. B. durch Verstreichen oder Verkleben, sowie die Enden (auch der belegten Rohre) durch Dichtungskappen verschlossen wer- den. Rohre aus Kunststoff sind bei hoher mechanischer Belastung zum Schutz gegen Verformung einzubetonieren. Kabelschutzrohre aktueller Bauart verfügen über Steckmuffen mit Dichtungsring, so dass das Ver- kleben der Rohre entfallen kann. Sofern auch eine nur teilweise Behinderung des Verkehrs nicht zu ver- treten ist, z. B. bei Kreuzungen mit Bahngleisen, Autobahnen usw., wer- den Rohre ohne Aufbruch der Oberfläche eingebaut. Dies bietet sich auch an, um den Aufbruch und die Wiederherstellung von besonders teuren Oberflächen zu vermeiden und um das Gesamtbild der Oberflä- che durch nachträgliche Reparaturstellen nicht zu beeinträchtigen. Die Durchzüge können mit hydraulischen Pressgeräten, Erdbohrgeräten, dem Spülbohrverfahren usw. eingebaut werden. In Abschnitt 4.5 sind diese Techniken näher beschrieben. 4.3.7 Kabel in der Nähe von Bäumen Sowohl bei Pflanzungen in der Nähe von Leitungen als auch bei Lei- tungsbaumaßnahmen in der Nähe von vorhandenen Bäumen sind die Interessen der Netzbetreiber und der Grünflächenämter bzw. Natur- schutzbehörden zu beachten und gegeneinander abzuwägen. In dem Merkblatt der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrs- wesen „Baumstandorte und unterirdische Ver- und Entsorgungsanla- gen“ sind Aussagen über die wichtigsten Maßnahmen für die Errichtung von Kabelanlagen in der Nähe von Bäumen zusammengefasst. DIN 18920 enthält Aussagen zum Schutz von Bäumen, Pflanzenbestän- den und Vegetationsflächen bei Baumaßnahmen. Ein weiteres wichtiges Regelwerk in diesem Zusammenhang ist das Merkblatt DWA-M 162 „Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle“. Bei neuen Kabellegungen oder Störungsbeseitigungen, die sich nicht im Wurzel- Kronenbereich von Bäumen vermeiden lassen, ist mit be- sonderer Vorsicht zu arbeiten. Dort wird in der Regel durch Grünflächen- ämter bzw. Naturschutzbehörden gefordert, ohne Maschineneinsatz zu arbeiten. Das Wurzelwerk muss in seiner Beschaffenheit erhalten wer- 181 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 den und die freigelegten Wurzeln sind vor einer Austrocknung zu schüt- zen. Es bietet sich auch an, hier mit einem sogenannten Saugbagger zu arbeiten. Dieser saugt den zuvor per Hand leicht gelösten Boden auf und verhindert so Wurzelbeschädigungen, siehe 4.5.3. Die Betriebssicherheit von Kabelanlagen in der Nähe von Bäumen kann durch Wurzeln, die das Kabel umschlingen, siehe Bild 4.14, oder eine Bodenaustrocknung, die zu einer verminderten Wärmeabfuhr führt, ge- fährdet werden. Im Umkehrschluss führt die Wärmeableitung der Kabel zur Austrocknung des schon eingeschränkten Vegetationsraums der Bäume. Insbesondere in städtischen Bereichen tritt dieser Fall häufiger auf. Kabel in unmittelbarer Nähe von freistehenden Bäumen sind einer erhöhten Blitzeinschlagsgefahr ausgesetzt. Deshalb sollten Leitungen nicht im unmittelbaren Wurzelbereich von Bäumen gelegt werden. Abschnitt 6.2.1 enthält weitere Hinweise zu Kabellegearbeiten in der Nähe von Bäumen unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes. Bild 4.14 Kabelbestand im entwickelten Wurzelbereich (Quelle: Stromnetz Hamburg) 182 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 183 4.3.8 Prüfung der Verdichtung bei Kabelgräben Das Verfahren zur Verdichtungsprüfung ist gemäß ZTV A-StB vorab mit dem Straßenbaulastträger abzustimmen. Bei schmalen Kabelgräben eignen sich ins- besondere die Überwachung des Ar- beitsverfahrens sowie der dynamische Lastplattendruckversuch als indirekte Prüfverfahren, siehe Bild 4.15. Bei der ersten Methode empfiehlt es sich, das Arbeitsverfahren für die einzel- nen Verdichtungsvorgänge in Abstim- mung mit dem Straßenbaulastträger in einer Arbeitsanweisung festzulegen. Der dynamische Lastplattendruckver- such ist für den Leitungstiefbau beson- ders empfehlenswert, da die Verdich- tungswerte für die einzelnen Ebenen des Leitungsgrabens in kurzer Zeit ermittelt werden können. Nähere Angaben zu den oben aufgeführ- ten Prüfmethoden sowie weitere Prüfver- fahren sind in der ZTV A-StB, Abschnitt 1.6 beschrieben. 4.4 Behandlung der Kabel bei der Legung Für das Legen von Kabeln sind die Festlegungen in der DIN 18322 in den Abschnitten 3.5.2 und 3.5.4 maßgebend. Kabel müssen sowohl vor als auch während des Legens mit besonderer Sorgfalt behandelt werden. Beschädigungen beim Transport und beim Legen der Kabel durch zu hohe Zug-, Druck- oder Torsionsbeanspru- chung führen früher oder später zu Kabelfehlern mit hohen Folgekosten. Kabel dürfen nicht über harte und scharfe Kanten gezogen werden. Starke Biegungen der Kabel sind zu vermeiden. Alle Kabelschnittstellen sind umgehend wasserdicht zu verschließen. Dies gilt gleichermaßen für papierisolierte wie auch für kunststoffisolierte Bild 4.15 Lastplattendruck- versuch (Quelle: TERRA- TEST GmbH) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kabel. Papierisolierte Kabel mit Bleimantel sind z. B. durch aufgelötete Bleikappen, kunststoffisolierte Kabel mit verklebten oder aufgeschrumpf- ten Kunststoff-Endkappen zu verschließen. Für Niederspannungskabel sind auch wiederverwendbare Verschlusskappen im Einsatz. Bei VPE- isolierten Mittelspannungskabeln mit PE-Mänteln werden teilweise auch leitfähige Schrumpfkappen verwendet, um statische Aufladungen zu ver- meiden, die beim Berühren u. a. mit Schneidwerkzeugen zu Gefährdun- gen führen können. Fallen auf der Strecke Verbindungsmuffen an, so sollen sich die Kabel - enden zur Gewährleistung einer einwandfreien Muffenmontage um ca. 1 bis 1,5 m überlappen. Mehrere Muffen sind gegebenenfalls gegen - einander versetzt anzuordnen. 4.4.1 Biegeradius und Kabeltemperatur Um zu vermeiden, dass beim Biegen die Isolierung oder der Mantel be- schädigt wird, sind vorgegebene Biegeradien und Temperaturgrenzen zu beachten. Richtwerte für die kleinsten zulässigen Biegeradien von Nieder- und Mit- telspannungskabeln sind in Tabelle 4.5 zusammengestellt. Bei einmaligem Biegen, z.  B. vor dem Endverschluss, kann der Biegeradius äußerstenfalls auf die Hälfte verringert werden, wenn fachgemäße Bearbeitung (Mindest- temperatur 30 °C, Biegen über Schablone) sichergestellt ist. Hoch- und Höchstspannungskabel können in jedem Einzelfall einen ganz speziellen Kabelaufbau aufweisen. Der kleinste zulässige Biegeradius kann deshalb nicht allgemein verbindlich angegeben werden, er muss in jedem Fall beim Hersteller erfragt werden. Für eine überschlägige Be- trachtung sind in Tabelle 4.6 zulässige Biegeradien eingetragen. Ist beabsichtigt, die Kabel mit Maschinen zu ziehen, werden die 1,5- bis 2-fachen Werte nach Tabelle 4.5 empfohlen. Die Mindesttemperatur nach DIN VDE 0276 während der Kabellegung und Montage beträgt für: PVC-isolierte Kabel −5 °C VPE-isolierte Kabel mit PVC-Mantel −5 °C VPE-isolierte Kabel mit PE-Mantel − 20 °C papierisolierte Kabel + 5 °C 184 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Tabelle 4.5 Mindest-Spulenkern-Durchmesser und Kabelbiegeradien Tabelle 4.6 zulässige Biegeradien von Hoch- und Höchstspannungs- kabeln 1) Kabeldurchmesser: Größtwert nach Norm bzw. Herstellerangabe 2) bei verseiten einadrigen Kabeln, Durchmesser über der Versendung D Kabelaußendurchmesser Kabelbauart Aderart Spulenkern- durchmesser Zulässige Kabelbiegeradien Kunststoffkabel 1 kV ohne metallene Umhüllung einadrig 18 · D1) 15 · D1) mehradrig < 95 mm2 15 · D1) 12 · D1) mehradrig > 95 mm2 18 · D1) 1 kV mit metallener Umhüllung 20 · D1) 15 · D1+2) > 1 kV mit metalle- ner Umhüllung einadrig 18 · D1) 15 · D1) mehradrig 18 · D1) 15 · D1) papierisolierte Kabel mit Bleimantel einadrig 25 · D1) 25 · D1) Gürtelkabel 18 · D1) 15 · D1) Dreimantelkabel 15 · D1) mit Al-Mantel einadrig 30 · D1) 30 · D1) Kabeltyp Zulässige Biegeradien einadrige Ölkabel mit Bleimantel 25 · D einadrige Ölkabel mit glattem Aluminiummantel 30 · D einadrige Ölkabel mit gewelltem Aluminiummantel 20 · D dreiadrige Ölkabel mit Bleimantel 20 · D Kabel im Stahlrohr (Gasinnen-, Gasaußendruckkabel) 4 m Kunststoffkabel 25 · D 185 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Sofern diese Temperaturen unterschritten werden und Arbeiten notwen- dig sind, müssen die Kabel erwärmt werden. Am einfachsten geschieht dies durch Lagerung in einem Raum mit ca. + 20 °C über mehrere Tage: – Metallspulen: etwa 1,5 Tage – Holzspulen: etwa 3 Tage Schneller lassen sich Kabel mit dafür entwickelten Warmluft-Heizgerä- ten erwärmen. Für den Transport ist das Kabel dann durch Planen gegen schnelle Abkühlung zu schützen. Die Legearbeiten müssen be- sonders sorgfältig vorbereitet und zügig durchgeführt werden. 4.4.2 Kabellagerung und -transport Kabel werden üblicherweise auf Spulen, umgangssprachlich auch als „Trommel“ bezeichnet, gelagert und transportiert. Die Größe der Spule ist von Länge, Gewicht und Außendurchmesser des Kabels abhängig. Größe und Gewicht der Kabelspule sind durch die Handhabbarkeit (z. B. Transport) begrenzt. Die Kerndurchmesser der Spulen müssen je nach Art der Kabel mindestens den 15- bis 30-fachen Kabeldurchmes- ser aufweisen (Tabelle 4.5). In Deutschland sind die Lieferspulen im Allgemeinen im Eigentum der Kabeltrommelgesellschaft (KTG). Sie werden von dieser Gesellschaft verwaltet und den verschiedenen Nutzern für Transport- und Lagerzwe- cke überlassen. Durch dieses Verfahren werden die teuren Spulen mehrfach verwendet. Kabelspulen sind in DIN 46391 genormt. Die bei der KTG verwendeten Spulen entsprechen im Wesentlichen der Fas- sung dieser DIN aus dem Jahre 1991. Lediglich bei den Maßen einiger Typen gibt es Abweichungen. Zur Anwendung kommen überwiegend Holzspulen, teilweise mit Stahlbereifung. Nur für kleine Abmessungen können auch Kunststoffspulen verwendet werden. Übliche Spulengrö- ßen sind in Tabelle 4.7 angegeben. Je nach Kabeltyp kann auf einer Spule eine Kabellänge von bis zu 2.500 m untergebracht werden. Der Transport von Kabelspulen ist in DIN VDE 0276 und in VDI 2700 ge- regelt. Die Spulen sind mit dem Kabel nur soweit zu bewickeln, dass zwi- schen der äußeren Kabellage und dem Spulenrand ein ausreichender Abstand (2-facher Kabeldurchmesser, mindestens 5 cm) eingehalten wird. Spulen mit einem Durchmesser über 1 m sind stehend (mit waagerechter Spulenachse) zu transportieren. Die Spulen sind beim Transport ordnungs- 186 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 187 Außendurchmesser Kerndurchmesser Gesamtbreite 1000 500 710 1250 630 890 1400 710 890 1600 800 1100 1800 1000 1100 2000 1000/1250 1350 2240 1120/1400 1350/1450 2500 1600/1250/1400 1450/1350/1450 2800 1800 1635 gemäß zu sichern. Zum Transport der Kabel an die Baustelle dürfen nur dafür geeignete Fahrzeuge verwendet werden. Dies sind Lastkraftwagen, Tieflader oder Kabeltransportwagen mit geeigneten Transportsicherungen sowie Auf- und Abladevorrichtungen. In der Praxis haben sich Kabeltrans- portwagen (Bild 4.16) gut bewährt. Am Kabelgraben bleibt die Kabelspule auf dem Fahrzeug und kann direkt abgespult werden. Kabel auf Spulen dürfen nur auf festem, ebenem Untergrund gelagert und nur über kürzere Strecken gerollt werden. Die auf der Spule ange- gebene Rollrichtung ist einzuhalten, da sonst die Gefahr besteht, dass sich die Kabellagen lösen. Spulen sind gegen Weiterrollen zu sichern. Kurze Kabellängen können in Ringen liegend transportiert und gelagert werden. Die zulässigen Mindestbiegeradien nach Tabelle 4.5 dürfen dabei nicht unterschritten werden. Das Abwerfen der Kabelringe vom Transportfahrzeug ist in jedem Fall zu unterlassen. Bild 4.16 Kabeltransportwagen (Quelle: Enaco GmbH) Tabelle 4.7 Spulengröße nach KTG (Maßangaben in mm) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.4.3 Kabelkontrolle Auf der Baustelle sollen die Kabeldaten, wie Typ, Leiterquerschnitt, Nennspannung, sowie der Kabelzustand überprüft und in einem Bau- stellenprotokoll festgehalten werden. Dabei ist besonders auf Druckstel- len und Beschädigungen des Kabelmantels und die einwandfreie Verkappung der Kabelenden zu achten. In dem Baustellenprotokoll sind außerdem Baufirma, Kabelhersteller, Trassenlänge und Spulennummer sowie Besonderheiten beim Legen zu dokumentieren (siehe auch Ab- schnitt 4.10). 4.4.4 Auslegen und Ziehen der Kabel Kabel werden je nach den örtlichen Gegebenheiten entweder von der aufgebockten Spule oder vom fahrenden Kabeltransportwagen abge- zogen. Das Ziehen der Kabel von der aufgebockten Spule kann entwe- der von Hand oder mit Maschinen erfolgen. Kabel sind stets von der Spule entgegen der angegebenen Pfeilrichtung abzuziehen. Ein Abbremsen der Spule muss jederzeit gewährleistet sein, um bei einer plötzlichen Stockung ein weiteres Abrollen und Stau- chen des Kabels zu verhindern. Als Spulenbremse kann eine einfache, nach dem Hebelprinzip wirkende Bohle dienen (Bild 4.17). Bild 4.17 Abziehen des Kabels von der aufgebockten Spule a) richtige Ziehrichtung mit einfacher Spulenbremse b) falsche Ziehrichtung 188 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Unabhängig vom Legeverfahren ist der Arbeitsablauf mit allen Beteilig- ten durchzusprechen. Wichtig ist dabei die Vereinbarung von einheitli- chen Zieh- und Stoppkommandos. Funksprechgeräte sollten deshalb zumindest bei starkem Lärm, langen oder unübersichtlichen Strecken nicht fehlen. Wenn im Graben und in seiner Umgebung keine Hindernisse vorhanden sind, kann das Kabel unmittelbar von dem am Graben entlangfahrenden Kabelwagen abgezogen und von Hand in den Graben eingelegt wer- den. Wenn vorhandene Anlagen unterquert werden müssen, das Kabel in Rohre eingezogen werden soll oder Hindernisse am Graben vorhanden sind, muss das Kabel von der aufgebockten Kabelspule abgezogen wer- den. Um ein leichtes Gleiten des Kabels zu erreichen, sind je nach Ka- beltyp im Abstand von 3 bis 5 m Kabelrollen aufzustellen (Bild 4.18 und Bild 4.19). Bild 4.18 Mit Kabelrollen und Kabelschubgerät ausgebaute Strecke Bild 4.19 Mit Kabelrollen (Füh- rungs- und Eckrolle) ausgebaute Strecke 189 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Ein Schleifen des Kabels auf dem Boden ist zu vermeiden, da sonst Be- schädigungen des Mantels zu befürchten sind. Besondere Sorgfalt ist dem Einbau von Eckrollen an Grabenbögen zu widmen. Die Eckrollen müssen gegen die auftretenden Kräfte verankert und abgestützt werden (Bild 4.20). Bild 4.20 Eckrolle und Einführung in Schutzrohr mit Einführungsrolle 190 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Für die Dokumentation sind die Kabellängen festzuhalten. Nach zuge- höriger DIN-VDE-Norm verfügen die Erdkabel über Meterangaben auf dem Außenmantel. Bei Durchzügen kann es erforderlich werden, an den Öffnungen Einfüh- rungstrichter, Schutzgleitbögen, Halbschalen oder Einführungsrollen an- zubringen. Liegen Durchzüge in Höhe der Grabensohle, so sind vor den Durchzügen Vertiefungen im Graben auszuheben. Sonst könnten beim Kabelziehen Steine und Erdreich in die Rohre gelangen, die zur Be- schädigung oder zum Verklemmen des Kabels führen können (Bild 4.20 und Bild 4.21). Vor dem Einziehen der Kabel sollte geprüft werden, ob auf der ganzen Länge des Durchzuges der erforderliche freie Querschnitt eingehalten ist. Dazu wird mit einem eingezogenen oder eingeschossenen Seil ein Kalibriergerät – gegebenenfalls mit Minimalanzeige oder Schreib- werk – durch das Rohr gezogen. Vor dem Kalibriergerät wird eine Rohr- bürste angebracht. Das Kabelziehen von Hand erfordert viele Arbeitskräfte; dabei sind Ka- belgewicht und Trassenverlauf ausschlaggebend. Können die Kabel aus technischen Gründen nicht auf einmal in voller Länge gezogen werden, so sind sie abschnittsweise zu ziehen und jeweils in einer Schleife oder in Form einer Acht abzulegen. Bei der Achterform sind die Überschnei- dungsstellen der einzelnen Lagen zu versetzen, damit in den unteren 191 Bild 4.21 Vertiefung im Kabelgraben und Einführungstrichter vor dem Rohr www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Lagen keine Druckstellen infolge des auf ihnen lastenden Kabelgewichts entstehen. Für längere Strecken ist das Ziehen der Kabel mit Maschinen wirtschaft- lich, da hierbei weniger Arbeitskräfte benötigt werden. Im Wesentlichen ist zu unterscheiden zwischen motorisch angetriebenen Kabelrollen oder Kabelschubgeräten (Bild 4.18) und dem Ziehen mit Winden (Bild 4.22). Bild 4.22 Ziehwinde 192 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kabelziehwinden sollen folgende Einrichtungen haben: – Eine einstellbare Zugkraftbegrenzung, die beim Erreichen der für den jeweiligen Kabeltyp maximal zulässigen Kraft den Ziehvorgang sofort unterbricht. – Eine einstellbare Ziehgeschwindigkeit von 0 bis etwa 30 m/min. – Eine gut ablesbare Zugkraft-Messeinrichtung mit Schreibwerk, das die auftretenden Zugkräfte und die eingezogene Kabellänge regis- triert. – Eine automatisch arbeitende Seilspulung mit Korrektureinrichtung für veränderte Wickeldurchmesser. – Eine Notstoppeinrichtung, durch die bei Gefahr der Kabelzug unter- brochen werden kann. Die erforderliche Zugkraft ist abhängig vom Kabelgewicht (Kabeltyp und Trassenlänge), von der Anzahl der Bögen und dem Ausbau der Strecke mit Rollen. Es ist unbedingt zu beachten, dass die vom Kabelhersteller angegebene maximale Zugkraft nicht überschritten wird, da es sonst zu Beschädigungen am Kabel kommt. Mit handelsüblichen Ziehwinden und Kabelrollen können bei geraden Strecken ca. 1.000 m und bei Strecken mit einigen Bögen ca. 500 m Mittelspannungskabel gezogen werden. Bild 4.23 Schema einer Kabellegung mit Motorrollen und Ziehwinde. Elektrische Verdrahtung zum synchronen Antrieb aller Rollen schematisch dargestellt. 193 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Das Ziehen allein mit einer Winde ist wegen der zu erwartenden Zug- kräfte nur bei einer ebenen Strecke mit höchstens 2 bis 3 Bögen je 90° zu empfehlen. Beim Einziehen von Kabeln in Rohre mit Bögen besteht die Gefahr, dass sich das Zugseil in das Rohr einschneidet, wenn entsprechend hohe Zugkräfte über eine längere Zeit (lange Strecke) wirken. Dadurch wird die erforderliche Zugkraft weiter erhöht, und außerdem kann das einzu- ziehende Kabel geschädigt werden. Deshalb ist darauf zu achten, dass ein dem Kabeltyp entsprechendes Gleitmittel verwendet wird. Um unzulässige Zugkräfte (siehe Abschnitt 4.4.5 und 4.4.6) zu vermei- den, sind bei schwieriger Trassenführung Motorrollen oder Kabelschub- geräte, entweder allein oder in Verbindung mit einer Winde, einzusetzen (Bild 4.23). Motorrollen und Förderbänder werden von Elektro- oder Verbrennungs- motoren angetrieben. Die Antriebsrollen sind jeweils am Anfang und not- falls am Ende eines Bogens einzusetzen. Es ist dafür zu sorgen, dass die einzelnen Antriebsrollen mit gleicher Geschwindigkeit laufen. Motorisch angetriebene Kabelrollen und Kabelschubgeräte (Bild 4.24) werden für Schubkräfte von ca. 1.500 bis 5.000 N und Legegeschwin- digkeiten von ca. 7 bis 15 m/min gebaut. Bild 4.24 Kabelschubgerät 194 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.4.5 Übertragung der Zugkräfte Je nach Kabelbauart und den erforderlichen Zugkräften erfolgt die Kraft- übertragung beim Kabelzug über einen Ziehstrumpf (Bild 4.25), einen Ziehkopf oder eine Zugöse auf die Bewehrung oder den Leiter. Zwi- schen diesen Kraftübertragungselementen und dem Zugseil ist ein Drall- fänger einzubauen, um Verdrehungen des Zugseiles nicht auf das Kabel zu übertragen. Der zum Kabeldurchmesser passende Ziehstrumpf wird so weit über das Kabel geschoben, dass dieser auf seiner gesamten Länge am Kabel anliegt. Das Ziehstrumpfende wird mit einem Drahtwickel oder Kunststoffklebeband auf dem Kabel festgehalten. Kommt Zug auf den Ziehstrumpf, schließt er sich fest um den Kabelmantel. Der Ziehstrumpf wird durch Zusammendrücken in Längsrichtung wieder gelöst. Mit dreiteiligen Ziehstrümpfen kann bei einadrigen Kabeln ein Dreh- stromsystem in einem Arbeitsgang gezogen werden. 195 Bild 4.25 Kabelziehstrumpf mit Drallfänger beim Abziehen der Kabel www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Ziehart Kabelbauart Formel Faktor mit Ziehkopf alle Kabeltypen P = σ · A mit Zieh- strumpf Kunststoffkabel ohne Metall - mantel und ohne Bewehrung (NAYY, NYCWY, NA2XS2Y usw.) P = σ · A Kabel ohne zugfeste Bewehrung: Einmantelkabel: (NKBA, NYKY, NAKLEY usw.) Dreibleimantelkabel: (NEKBA, NAEKEBA usw.) P = K · D2 K = 3 N/mm2 K = 1 N/mm2 alle drahtbewehrten Kabel (NYFGBY, NAYGBY usw.) P = K · D2 K = 9 N/mm2 Kann die Außenhülle die notwendige Zugkraft nicht aufnehmen, so kann ein Ziehkopf eingesetzt werden. Dabei wird, ähnlich wie bei einem Schraubkabelschuh, das Zugseil mit dem Leiter verbunden. Sofort nach Montage des Ziehkopfes muss das Kabelende wieder gegen eindrin- gende Feuchtigkeit geschützt werden. Kabelziehköpfe werden heutzu- tage kaum noch eingesetzt. Spezielle Kabelkonstruktionen (z.  B. Seekabel, Schachtkabel) werden mit zugfesten Bewehrungen ausgeführt. An diese Bewehrungen wird meist schon vom Hersteller eine Zugöse angebracht. 4.4.6 Zulässige Zugkräfte Bei der maschinellen Legung von Kabeln sind die zulässigen Zugkräfte besonders zu beachten. Grundsätzlich sind Zugprotokolle anzufertigen und im Bautagebuch zu dokumentieren. Die zulässigen Zugkräfte werden durch die Bauelemente der Kabel, den Kraftschluss zwischen diesen Bauelementen und die Art der Zugkraft- übertragung bestimmt. Die zulässige Zugkraft ergibt sich beim Ziehen Tabelle 4.8 Zulässige Zugkräfte und Zugspannungen P maximal durchlässige Zugkraft in N D Kabeldurchmesser in mm A Leiterquerschnitt in mm2 K empirisch ermittelter Faktor in N/mm2  zulässige Zugspannung in N/mm2 Kupfer 50 N/mm2 Aluminium 30 N/mm2 Stahl 160 N/mm2 bzw. nach Stahlqualität 196 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 an den Leitern oder an der zugfesten Bewehrung als Produkt aus dem beanspruchten Materialquerschnitt (Leiter oder Bewehrung) und der für dieses Material zulässigen Zugspannung. In Tabelle 4.8 sind zulässige Zugkräfte und Zugspannungen angegeben, siehe auch Normreihe DIN VDE 0276. Beispiel 1: Für ein dreiadriges Niederspannungs-Ceanderkabel mit Kupferleiter NYCWY 3 × 120 SM/70 0,6/1 kV ergibt sich beim Ziehen mit dem Ziehkopf an allen drei Leitern die zulässige Zugkraft P: P =  · A = 50 N/mm2 · 3 · 120 mm2 = 18.000 N Beispiel 2: Für ein einadriges kunststoffisoliertes Mittelspannungskabel mit Aluminiumleiter NA2XS2Y 1 × 150 RM/25 12/20 kV ergibt sich beim Ziehen mit dem Ziehstrumpf die zulässige Zugkraft P: P =  · A = 30 N/mm2 · 150 mm2 = 4.500 N 4.4.7 Schutz der Kabel gegen Beschädigung Kabel sind durch geeignete Maßnahmen vor Beschädigungen durch das umgebende Erdreich und durch Aufgrabungsarbeiten zu schützen. In Erde gelegte Kabel sind ausreichend mechanisch geschützt (Norm- reihe DIN VDE 0276). Sofern in besonderen Fällen, z.  B. bei zu geringer Legetiefe, ein zusätzlicher Schutz gegen mechanische Beanspruchun- gen erforderlich ist, stehen neben dem grundsätzlich zu verwendenden Trassenwarnband folgende Möglichkeiten zur Verfügung: – Einsanden der Kabel – Legen der Kabel in Rohre – Verwendung von Kabeln mit verstärktem Kabelmantel – Abdecken der Kabeltrasse mit Ziegelsteinen, Betonplatten, Stahlplat- ten, Kunststoffprofilen oder Kunststoffsatteldachprofilen (DIN 54841- 5) auf eine etwa 10 cm dicke Schicht aus Sand oder steinfreiem Boden über den Kabeln – Abdecken der Kabel mit Tonhauben oder Kunststoffrundprofilen (DIN 54841-5) 197 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die gewählte Maßnahme ist in der Regel ein Kompromiss zwischen den Kosten und der gewünschten Schutzwirkung. Als frühzeitige visuelle Warneinrichtung beim Aufgraben für das Vorhan- densein der Kabel werden Trassenwarnbänder verwendet [DIN EN 12613, DIN 54841-3]. Ergänzend zu den in den Normen genannten Anforderun- gen sollten Trassenwarnbänder in Signalfarbe ausgeführt sein und neben der Aufschrift „Starkstromkabel“ auch den Namen des Betreibers nennen. Auf die Einhaltung der vorgeschriebenen Mindestabstände von Anlagen anderer Sparten (Abschnitt 4.1.3) und die zur Erhaltung der vollen Über- tragungsfähigkeit empfohlenen Abstände untereinander ist zu achten (DIN VDE 0276). Liegen mehrere Kabel in einem gemeinsamen Graben oder Kanal, so kann ein zusätzlicher gegenseitiger Wärme- oder Licht- bogenschutz durch zwischengelegte Betonplatten erreicht werden. Der grundlegende Korrosionsschutz wird durch den Kunststoffmantel oder die Schutzhülle erreicht (passiver Korrosionsschutz). In besonderen Fällen kann eine erhöhte Korrosionsgefahr (Streuströme, z. B. bei Gleich- strombahnen) auftreten. Dann müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Bei Gasdruckkabeln wird oft der kathodische Korrosionsschutz (aktiver Korrosionsschutz) für das Stahlrohr angewendet. Hinweise zum Korrosionsschutz sind in DIN VDE 0150 und in der AfK-Empfehlung Nr. 8 der Arbeitsgemeinschaft für Korrosionsfragen (AfK) enthalten. 4.4.8 Wanddurchführungen Für Kabel- und Rohreinführungen in Bauwerke ist DIN 18322, Abschnitt 3.7 maßgebend. Wanddurchführungen sollen in erster Linie das Eindringen von Fremd- körpern und Wasser in das Gebäude verhindern. Darüber hinaus schüt- zen sie die Kabel vor Beschädigungen durch Scheuern oder Kantendruck. Zusätzlich kann eine Abdichtung gegen Gase (z. B. Erdgasleckagen) oder eine Abschottung als Brandschutzmaßnahme gefordert werden. Die für die Wanddurchführungen erforderlichen Öffnungen am Bauwerk können entweder konstruktiv beim Bau durch Aussparungen bzw. ein- betonierte Rohre oder nachträglich durch Kernbohrungen hergestellt werden. Die Öffnung muss entsprechend der Einbauanleitung ausge- führt werden und darf weder zu klein noch zu groß sein, damit die 198 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 verschiedenen Bauteile (Wand – Durchführung – Kabel) zuverlässig ge- geneinander abgedichtet werden können. Für Hausanschlüsse in senkrechten Kellerwänden werden immer häu- figer Mehrsparten-Durchführungen (Bild 4.26) verwendet. So lassen sich auf einfache Weise Strom- und Nachrichtenkabel, eine Gas- und eine Wasserleitung mit nur einer Durchbohrung der Außenwand in das Ge- bäude einführen. Bild 4.26 Eingebaute Mehrsparteneinführung für senkrechte Kellerwände Bild 4.27 Mehrsparten-Einführungsbauteil zum Einbau in Bodenplat- ten (Quelle: Fachverband Hauseinführungen für Rohre und Kabel e. V.) 199 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Für nicht unterkellerte Häuser gibt es spezielle Mehrsparten-Einfüh- rungsbauteile in runder oder rechteckiger Bauform, welche den Anfor- derungen der DIN 18322 sowie den Anforderungen des DVGW entsprechen (Bild 4.27). Die Abdichtung kann durch Ein betonieren der Durchführung, durch elas- tische Elemente (z. B. Weichgummiringe oder Dichtmanschetten), durch elastische Schaummassen, durch elastische Kitte oder durch Schrumpf- schläuche erfolgen. Bild 4.28 zeigt die Abdichtung von Kabel mit integrierten Durchführun- gen in einem Betonrahmen. 4.4.9. Ausbau von Kabeln Besonders in stark belegten Trassen ist es erforderlich, die außer Be- trieb genommen Kabel und Leitungen zu bergen. Oftmals wird erst so der Platz geschaffen, um die neu gelegten Kabel regelkonform zu legen bzw. einzusanden. Des Weiteren gilt auch in diesem Fall eine Entsorgungspflicht, wobei zu unterscheiden ist zwischen Nieder- und Mittelspannungskabeln mit mas- 200 Bild 4.28 Abdichtung von Mittel- und Niederspannungskabeln mit Roxtec-Rahmen (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 segetränkter Papierisolierung (siehe Abschnitt 2.5.2.2) und Hoch- und Höchstspannungskabeln mit Papier-Öl-Isolierung (siehe Abschnitt 2.7.4.1). Beim Ausbau von Kabeln mit Papier-Öl-Isolierung ist ganz besonders darauf zu achten, dass es zu keinerlei Ölverunreinigungen des Erdrei- ches kommt. Aus diesem Grund sind die Kabel nach Feststellung der Spannungsfreiheit und Ablassen des Öls, abschnittsweise zu schneiden und sofort mit entsprechenden Kunststoffkappen zu verschließen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nach der Feststellung der Span- nungsfreiheit und Ablassen des Öls, die Leiter aus dem Stahlrohr zu zie- hen und das im Erdboden verbleibende Rohr zu spülen, zu verschließen oder anderweitig zu nutzen. Mit speziellen Verfahren ist eine grabenlose Bergung von Hochspan- nungskabel möglich. Hierzu werden die Kabel überbohrt (siehe Ab- schnitt 4.5.4.3). 4.5 Sonderbauweisen und mechanisierte Kabellegung Die in den letzten Jahren weiter verbesserten Techniken zur mechani- sierten Kabellegung ermöglichen eine schnelle und wirtschaftliche Bau- abwicklung. Ihr Einsatz kann jedoch durch ungeeignete, z.  B. felsige Böden, oder bereits vorhandene Leitungen eingeschränkt sein. Vor einer anstehenden Baumaßnahme ist zu prüfen, ob statt der klassischen Legung (offene Bauweise) ein anderes, wirtschaftlicheres Verfahren in Frage kommt, das auch weitere Vorteile, wie z.  B. geringere Verkehrs- behinderungen, bietet. Viele Netzbetreiber haben mit den im Folgenden näher beschriebenen, Kabellegetechniken positive Erfahrungen ge- macht. Bei den Verfahren zur mechanisierten Kabellegung ist eine sehr sorg- fältige Erkundung der geplanten Trasse wichtig, um eine Beschädigung vorhandener Leitungen zu verhindern. Außerdem soll vermieden wer- den, bei der Bauausführung auf ungeeignete Bodenverhältnisse zu sto- ßen. In unklaren Fällen ist die Anwendung geeigneter Ortungsgeräte oder auch die Herstellung von Suchschlitzen erforderlich. Bei größeren Baumaßnahmen, wie z. B. Bahnkreuzungen, ist die Einholung eines Bo- dengutachtens verpflichtend vorgeschrieben. 201 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.5.1 Fräsen von Kabelgräben Das Fräsen stellt eine besondere Art der Grabenherstellung dar. Vo- raussetzung dabei ist, dass die Trasse frei von Leitungen ist. Das Fräsverfahren kann sowohl in unbefestigten als auch in befestigten Oberflächen (Asphalt) angewendet werden. Dabei werden Mobilfräsen mit Allradantrieb eingesetzt (Bild 4.29), die mittels eines Baukastensys- tems durch spezielle Anbaukomponenten unterschiedlichen Anforde- rungen gerecht werden (z.  B. Fräsen mittig oder seitlich; Fräsbreiten 20, 30, 40 und 60 cm in unbefestigten Flächen und 12, 15 oder 18 cm in asphaltierten Flächen – Fräsen mit „Felsrad“). Die Frästiefe ist ab- hängig von der Länge des Fräsbalkens und liegt für den Standardfräs- balken bei 1,5 m Grabensohle. Die Räumung des Aushubs erfolgt über Schnecken oder Förderbandeinrichtungen. Unter sehr günstigen Voraussetzungen können in unbefestigten Flächen bis zu 250 m pro Stunde gefräst werden. Die Arbeitsleistung ist jedoch bei befestigten Oberflächen (z. B. Asphalt) und bei schwierigen Boden- verhältnissen wesentlich geringer. In der Praxis müssen meist Teilab- schnitte in herkömmlicher Technik hergestellt werden, wenn andere Leitungen die Trasse kreuzen. Sofern die Trasse nur von wenigen Lei- tungen gekreuzt wird, stellt das Fräsen von Kabelgräben eine kosten- günstige Lösung dar. Bild 4.29 Mobilfräse mit Allradantrieb 202 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei befestigten Oberflächen können Asphaltschichten gemeinsam mit den nicht gebundenen Oberbauschichten gefräst, gemischt und dann als Füllmaterial wieder eingebaut werden. Dadurch werden Kosten für den Abtransport und die Deponierung des Asphalts und für die Beschaf- fung von neuem Verfüllmaterial eingespart. Insbesondere aus Gründen des Umweltschutzes ist aber ein Wiedereinbringen des vorgefundenen Aufbruchmaterials (siehe Abschnitt 4.1.5) ohne vorherige Untersuchung nicht zulässig; hier sind vielmehr die einschlägigen wasserwirtschaft - lichen und bautechnischen Auflagen zu berücksichtigen. Falls ein Wiedereinbringen des Aufbruchmaterials in den Straßenunterbau nicht möglich ist, so ist es entweder einem geeigneten Recyclingverfahren zuzuführen oder ordnungsgemäß zu entsorgen. Da die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein von – auch unbekann- ten – Leitungen unter asphaltierten Flächen bei geschlossener Bebau- ung recht groß ist, beschränken sich die Einsatzbereiche für die Frästechnik eher auf den ländlichen Bereich mit unbefestigten Oberflä- chen und sehr geringen Leitungsdichten. Hier steht die Frästechnik aber in Konkurrenz zu dem im allgemeinen noch kostengünstigeren Einpflü- gen. Insbesondere in sehr steinigen oder felsigen Böden empfiehlt sich der Einsatz von Felsfräsen. 4.5.2 Einpflügen von Kabeln Unter den mechanisierten Legeverfahren hat sich im freien Gelände das Einpflügen der Kabel am stärksten durchgesetzt. Dabei wird in einem Arbeitsgang der Boden geöffnet, das Kabel eingelegt und der Boden wieder verschlossen. Das Prinzip des Kabelpflugs besteht darin, dass ein spezielles Pflug- schwert durch den Boden gezogen wird, mit dem im gleichen Arbeits- gang mehrere Kabel, Rohre und Bänder eingebracht werden können. Je nach Pfluggerät wird der Erdboden entweder nur durch Verdrängung oder mit Hilfe zusätzlicher Vibration des Pflugschwertes (Vibrations- pflug) geteilt. Der Spalt schließt sich durch die Rückstellkräfte des Bo- dens weitgehend selbst, eine eventuell verbleibende Erdspalte sollte mittels einer Rüttelwalze verschlossen werden. Dies ist besonders bei feuchter Witterung wichtig, da das Erdreich sonst aufquellen kann und sich anschließend nur schwer verdichten lässt. Einige Bodenarten (z.  B. lehmig oder stark tonhaltig) sind sehr träge und schließen sich nicht selbstständig: hier muss der Spalt in einem separaten Arbeitsgang 203 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 geschlossen werden. Am Beginn der Pflugstrecke und an Stellen, an denen Muffen montiert werden müssen, werden Gruben angelegt. Ein wichtiges Einsatzgebiet ist der ländliche Bereich, wo Nieder- und Mittelspannungskabel meist neben Feldwegen eingepflügt werden. Beim Festlegen der Trasse muss genau festgestellt werden, ob im Tras- senbereich andere Leitungen liegen, um Beschädigungen beim Pflügen und daraus resultierende Schadenersatzforderungen zu vermeiden. Die Trassenführung sollte sich an Wegen orientieren. Die Tiefenlage des Kabels muss Rücksicht nehmen auf die Bewirtschaftung der Grundstü- cke (Tiefenpflug in der Landwirtschaft). Mit üblichen Pfluggeräten können Kabel bis zu einer maximalen Soh- lentiefe von 1,5  m eingepflügt werden. Alle Kabel bis 80  mm Durchmes- ser sowie Endlos-Rohre bis 200  mm Durchmesser sind laut Hersteller- angaben pflügbar. Je nach Pflugausstattung können beispielsweise bis zu zwei Systeme Mittelspannungskabel, ein Fernmeldekabel und ein Trassenwarnband in einem Arbeitsgang eingepflügt werden; der Ab- stand ergibt sich aus der Geometrie des Pflugschwertes. Als Pfluggeräte kommen zum Einsatz: – spezielle selbstfahrende Kabelpflugfahrzeuge, – handelsübliche Zugmaschinen, die mit entsprechenden Zusatzgerä- ten ausgerüstet sind, 204 Bild 4.30 Selbstfahrender Vibrations-Kabelpflug www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Pflüge ohne eigenen Antrieb, die von anderen Zugfahrzeugen über eine Seilwinde gezogen werden. Je nach Bodenart kann es erforderlich sein, den Vortrieb von Pflugge- räten mit eigenem Antrieb zu unterstützen und ein zusätzliches Zugfahr- zeug vorzuspannen. Vibrationspflüge benötigen geringere Zugkräfte und kommen in den meisten Fällen mit eigenem Antrieb aus; zur An- wendung kommen Allrad- und Raupenantrieb (Bild 4.30). Pflüge ohne eigenen Antrieb haben in der Regel eine größere Flexibilität in ihrem Einsatzbereich. Bei diesen Pfluggeräten können die Räder in der Regel hydraulisch einzeln höhen- und seitenverstellt werden, somit ist das Einpflügen auch an Hängen oder unmittelbar neben Gräben möglich (Bild 4.31). Übliche Kabelpfluggeräte können zumindest eine Kabelspule selbst auf- nehmen. Werden mehrere Kabel oder Rohre in einem Arbeitsgang ein- gebracht, z.  B. drei einadrige Mittelspannungskabel, ist es bei leichteren Pfluggeräten erforderlich, die Kabel vorher neben der Trasse auszule- gen oder die Spulen auf einem vorausfahrenden Lkw zu transportieren. Die Kabel werden dann vom Pfluggerät über Führungsrollen aufgenom- men und eingepflügt. 205 Bild 4.31 Kabelpflug ohne eigenen Antrieb www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Vor allem in sandigem, steinfreiem Boden können Kabel problemlos eingepflügt werden. Hier ist eine schonende Bettung des Kabels gewährleistet und eine hohe Legegeschwindigkeit möglich. Aus nach- träglichen Ausgrabungen ist bekannt, dass nach dem Einpflügen zu- nächst das feinkörnige Bodenmaterial zum Kabel zurückfließt und einen Schutz vor Steinen bietet. Dieser Effekt wird durch den Einsatz des Vibrations-Kabelpflugs unterstützt. Bei steinigen Bodenarten kann die Bettung dadurch verbessert werden, dass durch einen am Pfluggerät montierten Trichter im gleichen Arbeitsgang Sand eingefüllt wird. Bei besonderen Bodenverhältnissen, z.  B. sehr steinigen Böden, kann der Einsatz von PE-Kabelmänteln mit größerer Wanddicke empfehlens- wert sein. Weiterhin können auch auf Spulen gelieferte Rohre eingepflügt und dann nachträglich die Kabel eingezogen werden. Der Kabelpflug kann auch dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn Teil- abschnitte in offener Bauweise ausgeführt werden müssen, z. B. bei Kreuzungen von Fremdleitungen, Drainagen oder Fahrbahnen. Die Arbeitsbreite beim Pflügen beträgt ungefähr 3 m. Wesentliche Vorzüge dieser Technik sind: – kürzere Bauzeiten durch schnelle Legetechnik (bis 500 m pro Stunde), – im Vergleich zur herkömmlichen Technik in offener Bauweise sehr kostengünstig, – weniger Behinderung durch Schlechtwetterzeiten, – die Vegetation wird weitestgehend erhalten, keine Durchmischung der Bodenarten, keine Erosionsschäden und somit gute Umweltver- träglichkeit, – geringe Flurschäden. Der Einsatz dieser Technik ist in folgenden Fällen nur eingeschränkt oder nicht möglich: – felsige Böden, – befestigte Oberflächen, – andere Leitungen und Anlagen im Arbeitsbereich, – wenn eine Abdeckung der Kabel gefordert ist. 206 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.5.3 Saugbagger In speziellen Einsatzgebieten, z.  B. in sehr dicht belegten Trassen in städtischen Bereichen oder im Wurzelbereich von Bäumen, kann der Einsatz von Saugbaggern (Bild 4.32) eine Alternative zur dort geforder- ten Handschachtung darstellen. Das Prinzip dieses Aushubverfahrens besteht darin, mittels eines beweglichen Schlauchs den Kabelgraben oder die Muffengrube durch Absaugen des Materials herzustellen. Durch eine geeignete Formgebung des Saugschlauchkopfes soll eine Beschä- digung der freizulegenden Anlagen vermieden werden. 4.5.4 Grabenlose Kabellegung Sowohl aus wirtschaftlichen und technischen Gründen als auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes wird versucht, die erforderli- chen Leitungsgräben so klein wie möglich zu halten. Bei den so genann- ten grabenlosen Legemethoden wird völlig auf den Graben verzichtet. Die Techniken der grabenlosen Kabellegung lassen sich unterscheiden in Verfahren mit ungesteuertem Vortrieb und Verfahren mit gesteuertem Vortrieb. Die Verfahren basieren entweder auf dem Prinzip der Boden- 207 Bild 4.32 Saugbagger (Quelle: Max Streicher GmbH & Co.KG) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 verdrängung oder der Bodenentnahme. Die ungesteuerten Verfahren werden überwiegend zur Herstellung kurzer Strecken (einige Meter) ein- gesetzt. In diesen Fällen ist die Gefahr, dass es zu einer ungewollten Richtungsänderung kommt, noch akzeptabel. Bei längeren Strecken werden gesteuerte Verfahren eingesetzt. 4.5.4.1 Verfahren mit ungesteuertem Vortrieb Bodenverdrängungshammer (Boden-Durchschlag-Rakete) Das Erdreich wird mit Hilfe des Bodenverdrängungshammers ver- drängt. Dessen Vortrieb wird durch ein mit Druckluft oder Hydraulik an- getriebenes Schlagwerk erzeugt. Die Verrohrung erfolgt entweder gleichzeitig oder bei ausreichend standfestem Boden durch anschlie- ßendes Einziehen oder Einschieben. Dabei ist eine Schrumpfung des durch den Verdrängungskörper (Bodenverdrängungshammer) aufge- fahrenen Hohldurchmessers um 5 bis 15  % zu berücksichtigen. Das Verfahren wird angewendet in trockenem oder erdfeuchtem, gemischt- körnigem und verdrängungsfähigem Lockergestein, im Regelfall bis 200 mm Außendurchmesser. In Abhängigkeit von den anstehenden Böden betragen die anwendbaren Vortriebslängen bis 25  m. Die erfor- derliche Mindestüberdeckung beträgt das Zehnfache des Rohraußen- durchmessers; unter festem Straßenoberbau ist die Mindestüber- deckung zu vergrößern. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Hausanschlüssen eingesetzt, um ein Aufbrechen der Fahrbahn zu vermeiden. Horizontalramme/Horizontalpresse mit geschlossenem Rohr Die Bodenverdrängung erfolgt durch den Vortrieb eines geschlossenen Stahlrohrstranges (Mantel- oder Produktrohr) durch Rammen oder Pres- sen. Diese Technik lässt sich im Regelfall bis zu einem Rohraußen- durchmesser von 150  mm in verdrängungsfähigem Lockergestein anwenden. Zusatzmaßnahmen in wasserführenden Böden sind nicht erforderlich. Die maximale Vortriebslänge ist 25 m, als Mindestüberde- ckung ist das Zwölffache des Rohraußendurchmessers notwendig. Horizontalramme mit offenem Rohr Der Vortrieb des offenen Mantel- oder Produktrohres erfolgt mit einem am Rohrende aufgesetzten Erdverdrängungshammer oder einer Rohr- 208 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 ramme. Das Bodenmaterial im Rohr wird nach Beendigung des Vor- triebs mit Druckluft oder Wasser ausgespült. Die Anwendung ist selbst in schweren Böden bis ca. 50  m Länge und Rohrdurchmessern von 2.000  mm bei geringer Überdeckung möglich, da außer der Wandstärke des Stahlrohres keine Bodenverdrängung erfolgt. Horizontal-Pressanlage Das Erdreich wird durch Einpressen eines Pilotgestänges verdrängt. Nach Erreichen der Zielgrube wird das Gestänge mit einem konischen Ziehkopf und den Mantel- oder Produktrohren verbunden und der ge- samte Strang zurückgezogen. Die Anwendung ist in allen verdrängungs- fähigen Lockergesteinen und bis zu einem Rohraußendurchmesser von 100  mm sowie einer Länge von 20  m möglich. Als Mindestüberdeckung ist der zehnfache Rohraußendurchmesser einzuhalten. Horizontal-Pressbohrgerät Mit Hilfe einer Pressstation wird ein Mantel- oder Produktrohrstrang aus Stahl vorangetrieben und gleichzeitig mittels einer Bohrschnecke das Bodenmaterial herausgefördert. 4.5.4.2 Verfahren mit gesteuertem Vortrieb Steuerbares Horizontal-Spülbohrverfahren Beim steuerbaren Horizontal-Spülbohrverfahren [4.4] wird die Bohrung in mehreren Schritten hergestellt. Im ersten Arbeitsgang wird mit einer steuerbaren Spüllanze ausgehend von der Startgrube eine Pilotbohrung hergestellt (Bild 4.33 und Bild 4.34) Die Lanze hat einen einseitig abgeflachten Kopf und drei in spitzem Win- kel zur Bohrachse angeordnete Düsen (Bild 4.35 a). Sie wird durch das Bohrgestänge mit einer speziellen Wasser-Bentonit-Bohrsuspension versorgt, die unter Druck (1 bis 35 MPa) aus den Düsen austritt, das Erdreich schneidet und löst, zudem das Bohrloch schmiert und stabili- siert. Über das Bohrgestänge werden die Drehbewegung und der not- wendige Vorschub erzeugt. Bei rotierendem Bohrkopf ergibt sich ein geradliniger Vortrieb. Das Aussetzen der Drehbewegung führt zu einseitigem Ausspülen des 209 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 4.33 Prinzip des Spülverfahrens am Beispiel einer Gewässerun- terquerung; beide Arbeitsgänge sind in einem Bild dargestellt 210 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bohrlochs. Das anstehende Erdreich an der gegenüberliegenden Ab- schrägung des Bohrkopfes unterstützt beim weiteren Vordrücken die gewollte, d. h. gesteuerte, Richtungsänderung. Der jeweilige Drehwinkel wird am mobilen Bohraggregat abgelesen. Zur gezielten Steuerung der Bohrung gibt es unterschiedlich aufwändige Ortungsverfahren. Beim Standard-Walk-Over-Verfahren strahlt ein im Bohrkopf montierter Sender kontinuierlich ein Signal aus, das an der Oberfläche empfangen wird und nach Abgleich mit Kontrollmessungen die genaue Ortung und Steuerung des Bohrkopfes ermöglicht. Ist eine Übertragung der Funksignale aufgrund der Bodenverhältnisse nur eingeschränkt möglich, kommt das sogenannte Wire-Line-Verfahren zum Einsatz. Bei diesem wird der Sender im Bohrkopf über ein Kabel mit dem Empfänger verbunden, das durch das Bohrgestänge geführt wird. Das Steuerkabel muss bei jeder neuen Bohrstange entsprechend verlängert werden. Darüber hinaus wird in speziellen Fällen ein compu- tergestütztes Steering Tool verwendet, mit dem eine noch genauere Or- tung möglich ist. In der Zielgrube wird nach Abschluss der Pilotbohrung ein mit Schneid- düsen bestückter Aufweitkopf (Bild 4.35 b) an das Gestänge montiert, 211 Bild 4.34 Spülbohrverfahren im Einsatz www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 der – durch die Spülstrahlen unterstützt – durch das Erdreich zur Start- grube zurückgezogen wird. Dieser Vorgang ist je nach Bodenart schritt- weise zu wiederholen, bis mit der letzten Aufweitung entweder das Kabel direkt oder zunächst ein Leerrohr eingezogen werden kann. Der wesentliche Vorzug des Spülbohrverfahrens besteht darin, dass – abgesehen vom Aushub der Start- und Zielgruben – dank der graben- losen Technik die vor allem in städtischen Bereichen sehr kosteninten- siven Erdarbeiten entfallen, die zudem häufig mit Verkehrs behin- derungen und Belästigungen der Anlieger verbunden sind. Auch die Vermeidung von Folgeschäden, z. B. durch Bodensetzungen und die Schonung der Ressourcen und Deponien sind positive Argumente für das weitgehend witterungsunabhängige Spülbohrverfahren. Mit Standardmaschinen sind Bohrungen bis 250 m Länge bei einer Le- getiefe bis 10 m und Rohrdurchmesser bis 300 mm möglich. Leistungs- fähige Großbohranlagen ermöglichen Spülbohrungen von über 1.000 m Länge bei Legetiefen bis 70 m und Rohrdurchmesser bis 800 mm. 212 Bild 4.35 Bohrkopf und Aufweitung a) Bohrkopf b) Prinzip der Aufweitung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Abhängig von der Bodenart und der Nennweite der zu spülenden Boh- rung lassen sich unterschiedliche Vortriebsleistungen realisieren. Unter günstigen Voraussetzungen sind pro Arbeitstag etwa 100 m möglich. Nachteilig beim Spülbohrverfahren ist die eingeschränkte Einsatzmög- lichkeit. So sind gut verdichtete Schotterschichten i. d. R. nicht spülbar. Mit speziellen Felsbohrköpfen ist das gesteuerte Spülbohrverfahren auch bei sehr großen Steinen sowie in gewachsenem Fels anwendbar. Meist ist dies jedoch mit einem Wechsel des Bohrgestänges oder sogar der kompletten Bohranlage verbunden. Aufgrund der relativ hohen Kos- ten des Verfahrens ist dessen Einsatz nur dann wirtschaftlich, wenn be- sondere Voraussetzungen bzw. Auflagen vorliegen, z. B. Kreuzungen von stark befahrenen Straßen, Gewässern oder geschützten Gebieten. Das in der Vergangenheit häufig praktizierte Ausbringen der überschüs- sigen Bohrsuspension auf Ackerflächen ist nicht mehr zulässig. Deshalb Bild 4.36 Verfahrensablauf Überbohrtechnik – Schemadarstellung 213 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 214 werden von den Fachfirmen seit einiger Zeit Methoden entwickelt, die die weitgehende Aufbereitung der Bohrsuspension zum Ziel haben. Hierzu werden spezielle Trennanlagen verwendet, mit deren Hilfe aus der Bohrsuspension die Ausgangsbestandteile Bentonit und Wasser von Erdreich und Steinen getrennt werden. 4.5.4.3 Überbohrverfahren Grabenloser Austausch von Kabeln Für die Auswechselung von Kabeln gibt es seit einiger Zeit ein patent- geschütztes „Überbohrverfahren“ [4.5]. Bei dieser grabenlosen Bauweise wird das vorhandene Kabel unbeschädigt vom anhaftenden Erdreich ge- trennt und herausgezogen. Anschließend wird ein neues Kabel in die vorhandene, freigewordene Trasse eingezogen (Bild 4.36, Bild 4.37). Das auszutauschende Kabel wird an der Start- und an der Zielgrube freigegraben. In der Startgrube wird der Überbohrkopf über das abge- trennte Altkabel gefahren (Bild 4.37). Durch ständige links-rechts Schwenkbewegungen wird das Bohrgestänge in einer Geschwindigkeit von 1  bis  2 m/min über das Altkabel gefahren. Der Überbohrkopf ist so konstruiert, dass er dem Verlauf des Altkabels folgt. Dabei bildet das Alt- kabel die Zwangsführung für den Überbohrkopf, der berührungsfrei in gleichmäßigem Abstand das anhaftende Erdreich/Sandbett und mögli- ches Wurzelwerk in einem schmalen Ringkranz um das Altkabel frei- schneidet. Das so freigeschnittene Altkabel lässt sich anschließend mit einer Seilwinde oder einer Baumaschine (z.  B. Bagger) aus dem Erd- reich ziehen. In der freigewordenen Trasse kann anschließend mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrgestänge das neue Kabel lagegleich eingezogen werden. Für längere Strecken sind Zwischengruben im Abstand von max. 180 m erforderlich. Bild 4.37 Starteinsatz des patentierten Überbohrkopfes www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 215 Die Vorteile der Überbohrtechnik sind: – grabenlose Bauweise – die Alttrasse wird lagegetreu genutzt – eine Neutrassierung mit Einmessung, Katasteraufnahme und Doku- mentation entfällt – hohe Austauschgeschwindigkeit; etwa 5 mal schneller als die offene Bauweise und damit besonders wirtschaftlich – optimale Leitungsbettung durch Bentonit und andere optimale Füll- stoffe – Bäume (Straßenbäume, Alleen, Parks), Grünanlagen, Straßen- und Gehwegoberflächen bleiben erhalten bzw. nahezu unberührt – die Arbeit verläuft unauffällig, geräuscharm und schnell Das Überbohrverfahren ist auch zum Freibohren festsitzender Bohrstan- gen geeignet. 4.6 Sonderfälle der Kabellegung 4.6.1 Legen durch Gewässer Kabellegungen durch Gewässer erfordern die Beachtung der Nähe- rungs- und Kreuzungsvorschriften (DIN VDE 0100-520 und Wasserstra- ßen-Kreuzungsvorschriften für fremde Starkstromanlagen). Gewässer- kreuzungen sind genehmigungspflichtig. Im Rahmen der Genehmigung werden die Einzelheiten der Bauausführung von dem zuständigen Was- serwirtschaftsamt festgelegt. Die Verfahrensschritte und die Bauausführung werden sehr unterschied- lich sein, je nachdem ob es sich um die Kreuzung eines Baches oder Flusses oder gar um die Legung eines Seekabels handelt. Üblicherweise werden bei Gewässerkreuzungen (Düker) Rohre in aus- reichender Anzahl gelegt, damit auch nachträglich ein Austausch bzw. das Einziehen zusätzlicher Kabel möglich ist. Kabel oder Rohre können durch Einbaggern, mit dem Einspülverfahren, dem steuerbaren Spülbohrverfahren oder dem gesteuerten Bohrverfah- ren ohne Spülung gelegt werden. Welches der Verfahren wirtschaftlicher ist, hängt wesentlich von der Länge der Kreuzungsstrecke und der An- zahl der zu legenden Kabel und Reserverohre ab. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Beim Baggerverfahren wird in der Flusssohle eine Rinne ausgehoben, in welche die Rohre sofort nach dem Baggern eingebracht werden. An- schließend wird die Rinne mit geeignetem Material verfüllt. Beim Einspül- verfahren wird die Sohle durch Druckwasser aufgerissen und dadurch vorübergehend ein schmaler Graben in der gewünschten Tiefe ausge- spült. In diesen Graben werden im gleichen Arbeitsgang Rohre eingelegt, in die später Kabel eingezogen werden. Der Graben füllt sich wieder auf, sodass das Rohr bereits unmittelbar nach dem Einlegen bedeckt ist. In geeigneten Fällen können Gewässerkreuzungen auch mit den in Ab- schnitt 4.5 beschriebenen Press- und Bohrverfahren ausgeführt wer- den. Bei allen Kabellegungen in Wasserläufen ist ein Nachsacken der Kabel zu berücksichtigen. Im Bedarfsfall sind die Kabel an den Uferböschun- gen erst nach einer ausreichend langen Liegezeit zu befestigen und die Muffen zugentlastet auszuführen. Im Bereich der Kabelkreuzung werden Ankerverbotstafeln für den Schiff- fahrtsverkehr aufgestellt. Spezielle Seekabel werden außer für den Anschluss von Offshore-Wind- parks bei Bedarf auch im Mittelspannungsbereich verwendet, um Inseln in größeren Seen oder entlegene Gebiete im Gebirge zu erschließen. In der Regel werden beim Aus- und Eintritt in den See Schächte oder Spülbohrungen angelegt, deren Verlauf vom Ufer aus einige Meter unter die Wasseroberfläche auf den Seegrund gesteuert werden. Dies ist not- wendig, um das Kabel im Uferbereich vor Beschädigungen, z. B. durch Schiffsverkehr, zu schützen. 4.6.2 Legen in Brücken Die Art der Kabellegung in Eisenbahn-, Straßen- oder Wasserstraßen- brücken richtet sich nach den gegebenen Verhältnissen. Ausschlagge- bend für die zu wählende Legeart sind Konstruktion und Tragfähigkeit der Brücke sowie der innerhalb der Brücke zur Verfügung stehende Raum. Häufig sind in den Brücken Kanäle zur Aufnahme der Kabel vorgesehen. In diesem Zusammenhang wird besonders auf die „Richt- linien für das Verlegen und Anbringen von Leitungen an Brücken (RI – LEI – BRÜ)“, herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr, Abteilung Straßenbau, hingewiesen. 216 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Auch hier ist es unabdinglich, vorab die zu planende und zu betreibende Kabelanlage vom entsprechenden Wegebaulastträger genehmigen zu lassen und vertraglich zu sichern. Grundlage dafür sind kommunale Konzessionsverträge, bzw. entsprechende allgemeine Verträge mit dem Bund, dem Land oder auch der Bahn, sowie anderen Brückenbe - treibern. Brücken, in denen keine Kabelkanäle vorhanden sind, werden zur Auf- nahme der Kabel mit Rohren oder Halbschalen aus Stahl oder Kunst- stoff belegt (Bild 4.38). Dabei ist zu beachten, dass einadrige Kabel eines Wechsel- oder Drehstromsystems nur gemeinsam in Stahlrohren untergebracht werden dürfen. Kunststoffrohre sind wegen ihres gerin- gen Gewichts und ihrer Korrosionsbeständigkeit für den Einbau in Brü- cken besonders geeignet. Mitunter müssen jedoch besondere Kabelwannen hergestellt werden, die der vorhandenen Brückenkon- struktion angepasst und in diese eingebaut oder an der Außenseite der Brücke angebaut werden. Diese Kabelwannen können im Allgemeinen oben offen bleiben, sodass die Wärmeabgabe der Kabel an die umge- bende Luft nicht behindert wird. Wo die Kabel innerhalb der Brücken- konstruktion Unbefugten leicht zugänglich sind, empfiehlt sich eine geeignete Abdeckung. Für alle Konstruktionsarten gilt, dass auf Grund der gewünschten Lang- lebigkeit der Anlagen ein besonderes Augenmerk auf den Korrosions- schutz zu legen ist. Bild 4.38 Kabelführung in Rohren an Brücken 217 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 In die Widerlagermauern der Brücken dürfen Kabel nicht eingemauert wer- den, hier sind Schutzrohre einzumauern. Besonders an den Widerlagern von Stahlbrücken ist das Kabel so zu führen, dass es der Längsbewegung der Brücke folgen kann, ohne dass es zu stark mechanisch beansprucht wird. Die Schwingungsbeanspruchungen erfordern bei kunststoffisolierten Kabeln keine besonderen Maßnahmen; ansonsten können speziell le- gierte Bleimäntel oder Aluminiummäntel erforderlich sein. 4.6.3 Legen in Gebäuden 4.6.3.1 Befestigung Kabel in Gebäuden, wie z. B. in Umspannanlagen (Bild 4.39 a und b) werden in Kanäle mit geeigneter Abdeckung oder auf Pritschen gelegt. Sie können auch mit Schellen, Kabelschnellverlegern oder ähnlichen Konstruktionen an Wänden und Decken befestigt werden. Kabelschel- len sind, um Druckschäden zu vermeiden, mit Gegenwannen auszurüs- ten. Für die Schellenabstände bei waagerechtem Kabelverlauf gelten folgende Richtwerte (nach Normreihe DIN VDE 0276), wobei D der Ka- belaußendurchmesser ist: – unbewehrte Kabel 20 · D – bewehrte Kabel (30 bis 35) · D – maximaler Abstand 80 cm Auf senkrecht verlaufenden Trassen können die Schellenabstände ver- größert werden, sie sollten jedoch 1,5 m nicht überschreiten. Zum Befestigen von einadrigen Kabeln eines Drehstromsystems dürfen keine geschlossenen Stahlschellen verwendet werden. Hier sind beson- dere Schellen aus nichtmagnetischem Material (Kunststoff, Messing, Aluminium) einzusetzen. Die Abstände der Befestigungsschellen sind so zu wählen, dass die Kabel durch die Kraftwirkung eines Stoßkurz- schlussstromes nicht beschädigt werden können. Da die Belastbarkeit der Starkstromkabel auch von der Umgebungstem- peratur abhängt, ist für eine ausreichende Wärmeabfuhr durch gute, na- türliche Belüftung zu sorgen. Kabelpritschen sollen deshalb möglichst keinen geschlossenen Boden haben. Übereinander angeordnete Prit- schen sollen bei papierisolierten Kabeln einen Abstand von etwa 30 cm und bei kunststoffisolierten Kabeln einen Abstand von etwa 20 cm haben (DIN VDE 0276-1000). 218 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Weitere Anschlussbedingungen sind z. B. in Wohn- und Geschäftsge- bäuden die Hausanschlusskästen (DIN VDE 0660-505) und Kabelver- teilerschränke (DIN VDE 0660-503) im öffentlichen Verkehrsraum in der Niederspannung, siehe Bild 4.39 c und d. Bild 4.39 a Kabel vertikale Befestigung in Umspannanlage Kabelkeller (Quelle Stromnetz Hamburg) Bild 4.39 b Kabel im Doppel - boden in Umspannanlage (Quelle Stromnetz Hamburg) Bild 4.39 c Kabelanschluss in einem Hausanschlusskasten für Wohngebäude (Quelle: Firma Jean Müller) Bild 4.39 d Kabelanschluss in einem Kabelverteilerschrank im Ortsnetz (Quelle: Firma Jean Müller) 219 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.6.3.2 Vorbeugende Brandschutzmaßnahmen Durch eine entsprechende Auswahl des Kabeltyps und die Art der Ka- bellegung können die Gefahren der Entstehung und Ausbreitung von Bränden und deren Folgen verringert werden. Bei besonderen Anforderungen an den Brandschutz werden Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall eingesetzt (siehe Abschnitt 2.7.6.3). Bei Kunststoffkabeln kann das Brandrisiko durch eine nach- trägliche Beschichtung der Kabelmäntel mit einem brandhemmenden Schutzanstrich reduziert werden (Bild 4.40a). Bild 4.40 b Lichtbogenschutz zwischen Kabelpritschen Bild 4.40 a Beschichtung der Kabelmäntel mit brandhemmenden Schutzanstrich (Quelle: Bayernwerk) 220 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Starkstrom- und Nachrichtenkabel sind möglichst auf getrennten Prit- schen oder in verschiedenen Kanälen zu legen. Starkstromkabel liegen üblicherweise auf den oberen Pritschen. Zwischen den einzelnen Kabel- pritschen kann, z.  B. durch schräg gestellte Faserzement-Platten, ein Lichtbogenschutz montiert werden, ohne die Belüftung wesentlich zu be- einflussen (Bild 4.40b). Eine weitere Möglichkeit des Lichtbogenschutzes kann in der entsprechenden Wahl der Kabelpritsche, z.  B. mit einem ge- schlossenen Boden und einer größeren Stahlblechdicke, liegen. Um Brandübertragungen und Folgeschäden durch Brandgase zu ver- hindern, sind alle Durchbrüche und Öffnungen in brandabschnittsbe- grenzenden Decken und Wänden mit dafür zugelassenen Stoffen zu verschließen. Bei Kabeltrassen durch verschiedene Räumlichkeiten ist auf die verschie- denen Brandabschnitte zu achten. Verlaufen die Kabel zwischen zwei Brandabschnitten, so sind in den Wänden Brandschotte einzubringen. Diese können aus speziellem Mörtel, aber auch aus Schaumblöcken be- stehen. Einzubauen sind diese Schotts durch zertifizierte Fachfirmen. Eine vom Zentralverband der Elektroindustrie (ZVEI), Fachverband Kabel herausgegebene Broschüre mit dem Titel „Brandschutzkabel erhöhen die Sicherheit“ [4.6] befasst sich mit der Neuausgabe der Bauproduktenver- ordnung (BauVPO). Auf europäischer Ebene wurde diese BauVPO ver- abschiedet und ist zum Juli 2017 rechtsverbindlich in Kraft getreten. In der ZVEI-Broschüre werden Informationen und Planungshinweise zur Brandschutzsicherung für den Errichter von Kabelanlagen gegeben. Der Errichter hat die Pflicht, entsprechend des Sicherheitsbedarfs des Ge- bäudes ein mit CE-Kennzeichen geprüftes Kabel der jeweiligen Euro- klasse mit Brandschutzklasse einzusetzen. Auch die VdS Schadenverhütung GmbH hat zum Thema Brandschutz verschiedene Publikationen und Richtlinien herausgegeben. 4.6.4 Isolierte Freileitung Für isolierte Freileitungen wird teilweise auch der Begriff Luftkabel ver- wendet, dieser ist jedoch in den Normen für Starkstromkabel und -lei- tungen nicht erwähnt. Mit dem Begriff Luftkabel werden oft die auf Masten geführten Nachrichtenkabel bezeichnet. 221 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Niederspannung Isolierte Freileitungen finden besonders im Bereich der Niederspannung Anwendung. Sie werden vor allem dort eingesetzt, wo die Betriebs- oder die Personensicherheit bei der Verwendung von blanken Freileitungs- seilen beeinträchtigt wäre, z. B. in der Nähe von Gebäuden und Bäu- men. Einige Netzbetreiber setzen die isolierte Freileitung bei der Sanierung bestehender Freileitungsnetze flächendeckend ein. Isolierte Freileitungsseile werden mit Hilfe besonderer Trag- und Abspanngarni- turen an Masten, Dachständern, Hauswänden usw. befestigt (Bild 4.41, Bild 4.42, Bild 4.43). Sie sind in DIN VDE 0276-626 (verseilte Adern und einadrige Seile) genormt. Bei der Bemessung der Festpunkte, Armatu- ren, Spannweiten usw. ist DIN VDE 0211 zu berücksichtigen. Als Trag- organ dienen je nach Konstruktion die Leiter, die Bewehrung oder ein zusätzliches Aldrey- oder Stahlseil. Am häufigsten wird der Typ NFA2X mit vier verseilten Adern mit VPE-Isolierung verwendet, bei dem kein zusätzliches Tragorgan erforderlich ist. Bild 4.41 Dachständer mit isolierten Freileitungen 222 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Mittelspannung Auch für Mittelspannung bis 30 kV werden VPE-isolierte Freileitungen eingesetzt [4.7], sie sind jedoch nicht genormt. Die einzelnen Adern sind wie VPE-isolierte Mittelspan- nungskabel aufgebaut und werden zu Bündelleitern verseilt. Die iso- lierten Freileitungsseile sind berüh- rungssicher und können daher mit einem Ausklinkmechanismus (Bild 4.44) an den Masten befestigt werden. Fallen Bäume in die Lei- tung, klinkt diese aus, fällt zu Boden und kann bis zur Störungs- beseitigung weiterbetrieben wer- den. Aufgrund dieser Eigenschaft und der kompakten Bauweise eig- net sich die isolierte Freileitung vor allem bei Leitungsführung durch Baumbestände (Wald, Obstgarten usw., Bild 4.45), und in Gegenden mit erhöhter Beanspruchung durch Wind, Eis und Reif. Bild 4.42 Abspannung am Trag- seil mit Abspannklemme Bild 4.44 Isolierte Freileitung A2XS2YT für 20 kV Bild 4.43 Abspannung an der Bewehrung mit Abspannspirale 223 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 224 4.6.5 Legen in Gefällstrecken Bei Steigungen bestehen für papierisolierte Kabel bis zu einem Gefälle von maximal 4  % keine Einschränkungen, bei einem Gefälle bis maxi- mal 10  % darf der Streckenabschnitt 500 m nicht überschreiten. Bei größeren Steigungen gelten die gleichen Einschränkungen wie für senk- rechte Legung. Entsprechend DIN VDE 0276-621 dürfen bei senkrech- ter Legung papierisolierte Kabel mit normaler Massetränkung verwendet werden, wenn die Höhenunterschiede gemäß Tabelle 4.9 in der Trasse nicht überschritten werden. Durch geeignete Endverschlüsse muss das Nachtränken der Isolierung sichergestellt sein. Werden die zulässigen Höhenunterschiede überschritten, sind kunst- stoffisolierte Kabel, papierisolierte Kabel mit Spezialtränkung (Haftmas- sekabel) oder papierisolierte Kabel mit Sperrmuffen zu verwenden. Bild 4.45 Aufhängung der isolierten Freileitung A2XS2YT mit Ausklinkmechanismus www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 An Steilstrecken können bereits durch das Eigengewicht des Kabels während des Legens Zugbeanspruchungen auftreten, die eine Stahl- drahtbewehrung erfordern. 4.7 Legen von Hoch- und Höchstspannungskabeln Bei Planung und Projektierung von Hoch- und Höchstspannungskabel- anlagen muss mit besonders großer Sorgfalt vorgegangen werden. Dabei ist u.  a. darauf zu achten, dass für die eingesetzten Maschinen ein ausreichender Arbeitsraum zur Verfügung stehen muss. Die Lage der Muffen bzw. Muffenbauwerke wird überwiegend durch den dafür be- nötigten Platz bestimmt. Deshalb kann nicht in allen Fällen von den größtmöglichen Fertigungs- und Transportlängen Gebrauch gemacht werden, so dass sich die ganze Trasse aus einzelnen Teilabschnitten, umgangssprachlich als Passlängen bezeichnet, zusammensetzt. Bereits im Erdboden vorhandene Anlagen sollten mit einem Abstand von ca. 0,5 m unterfahren werden, damit bei späteren Aufgrabungen wegen dieser Anlagen die Hochspannungskabel und ihre Schutzabde- ckung unberührt bleiben. In Gehwegen sollte die Mindestüberdeckung 1,2 m betragen, in Fahrbahnen mindestens 1,35 m (siehe auch Ab- schnitt 4.3.2). In Tabelle 4.10 sind die zu Hochspannungskabeln einzu- haltenden Mindestabstände zusammengestellt. Nachrichtenkabel werden oberhalb der Starkstromkabel und, falls Ab- deckplatten vorhanden sind, oberhalb der Abdeckplatten gelegt. Liegt die genaue Trasse fest, so werden ausgehend von den Zwangs- punkten für Muffen die einzelnen Kabellängen (normale Längen 400 bis 700  m) bestimmt. Diese sind abhängig vom Kabelgewicht und der 225 Tabelle 4.9 Maximal zulässige Höhenunterschiede für Massekabel bei senkrechter Anordnung Kabelbauart Nennspannung [kV] max. Höhenunterschied [m] Gürtelkabel und Höchstädterkabel bis 6 50 10 20 Dreibleimantelkabel bis 10 30 20 bis 30 15 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Größe der Spule, die durch die zur Verfügung stehenden Transportwege und Maschinen beschränkt sind. Die einzelnen erforderlichen Kabellän- gen werden unter Berücksichtigung eines Zuschlags für Verschnitt, Ein- ziehen und gegebenenfalls Reservebogen genau ermittelt und so bestellt. Einadrige Hochspannungskabel werden zur Verminderung der Mantel- verluste vorzugsweise im Dreieck angeordnet (siehe auch Ab- schnitt 4.1.2). Bei einadrigen Kabeln empfiehlt es sich, die Muffen aus Platzgründen versetzt anzuordnen. Bei im Bestand befindlichen Ölkabelanlagen, wie z. B. für Sperrmuffenanlagen oder begehbare Muffenbauwerke mussten spezielle Bauvorschriften beachtet werden. Parallele Kabelsysteme sollen einen Abstand von mindestens 30 cm haben und vor gegenseitigen Lichtbogeneinwirkungen geschützt wer- den. Der Drehsinn der Phasenfolge ist zur Verminderung der induktiven Verluste abwechselnd zu ändern. 226 Tabelle 4.10 einzuhaltende Mindestabstände anderer Versorgungs- leitungen zu Kabel ≥ 110 kV 1) beidseitig der Leitungsachse Versorgungsleitungstyp bei Parallelführung1) bei Kreuzungen Gasleitungen 1,00 m 0,50 m Wasserleitungen 1,00 m 0,50 m Kabel 0,50 m 0,50 m Kanal 1,00 m 0,50 m Nachrichtenkabel 0,50 m 0,50 m Fernwärmeleitungen 5,00 m 1,00 m www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.7.1 Kabel mit Papierisolierung Bei Niederdruck-Ölkabeln wurden zur Beherrschung des statischen und dynamischen Öldrucks bei langen Trassen und größeren Höhenunter- schieden Sperrmuffen (Bild 4.46) eingebaut, um den Ölfluss und die Öl- versorgung der Kabelstrecke in voneinander unabhängige Abschnitte zu unterteilen. Bei Gasinnendruck- und Gasaußendruckkabeln wurden die Adern in an- schließend mit Stickstoff gefüllte Druckrohre nach DIN 1626 mit üblichen Nennweiten von 125 bis 200 mm und Wanddicken von 4 bis 5 mm ein- gezogen. Den passiven Korrosionsschutz bildet ein PE-Mantel. Beide in diesem Abschnitt beschriebenen Bauweisen wurden durch Kunststoffkabel ersetzt und werden heute nicht mehr neu gelegt. 227 Bild 4.46 110-kV-Sperrmuffe für einadriges Niederdruck-Ölkabel (Muffen und Ölausgleichsgefäße sind in einem Muffen- bauwerk angeordnet) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 4.7.2 Kabel mit VPE-Isolierung Kunststoffkabel im Hochspannungsnetz werden nach den gleichen Grundsätzen gelegt wie im Mittelspannungsnetz. Hier ist allerdings hin- sichtlich Legetiefe, Wärmeabfuhr, Bettungsmaterial, Abdeckung und Trassenmarkierung ein größerer Aufwand erforderlich. Hochspannungs- kabel können zusätzlich in Kunststoffrohre gelegt werden. Darüber hinaus können Hochspannungskabel bei besonders hohen Anforderungen z. B. in Städten, Industrieanlagen, Brücken, Düker, Autobahnen, sowie in Berg- senkungsgebieten in Stahlrohren gelegt werden. Eine spezielle Anwendung für VPE-isolierte Hochspannungskabel sind die so genannten Retrofit-Kabel. Dabei werden bei zu ersetzenden alten Gasaußendruckkabelanlagen, die Kabeladern aus dem Stahlrohr he- raus gezogen und in diese das neue VPE-Kabel eingezogen. Da die Stahlrohre begrenzte Innendurchmesser haben, sind die Wanddicken der VPE-Aderisolierung reduziert, siehe Abschnitt 2.7.4.4. Im Höchstspannungsnetz ist der Aufwand für die Errichtung einer Anla- ge mit Kunststoffkabeln ähnlich groß wie bei Niederdruck-Ölkabeln. Ins- besondere werden auch bei Kunststoffkabeln Muffenbauwerke errichtet. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass kein Öl zum Einsatz kommt und somit entsprechende Hilfs- und Überwachungseinrichtungen ent- fallen. 4.8 Montage der Abschluss- und Verbindungstechnik Zur vollständigen Errichtung der Kabelanlage gehört die Montage der zugehörigen Abschluss- und Verbindungstechnik. Der Aufwand zur Montage einer Garnitur ist weitgehend von der Kabelbauart abhängig. Papierisolierte Kabel erfordern mehrere unterschiedliche Arbeitsgänge mit den entsprechenden Werkzeugen. Aufgrund der einfacheren Kon- struktion von kunststoffisolierten Kabeln ist auch der Montageaufwand für deren Garnituren geringer. Grundsätzlich werden hohe Anforderungen an die Sorgfalt der Montage gestellt, unabhängig von der Betriebsspannung. Die Kenntnis über die Funktion der einzelnen Elemente von Kabel und Garnitur, ausreichende Erfahrung und Sauberkeit sind Voraussetzungen für eine korrekte Mon- tage. 228 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei der Montage sind insbesondere folgende Punkte zu beachten: – Die Unternehmen und die eingesetzten Monteure sollten festgelegte Qualitätsanforderungen erfüllen, siehe Abschnitt 5. – Es dürfen nur die aufeinander abgestimmten Bauteile eingesetzt wer- den. Die Montageanleitung des Herstellers ist stets genau einzuhal- ten. – An der Arbeitsstelle (z. B. Muffengrube, Schaltanlage) muss ein aus- reichender Arbeitsraum für die Montage vorhanden sein, der den ein- schlägigen Sicherheitsvorschriften entspricht (siehe auch Abschnitt 4.4 und 6.1). – Schädliche Umgebungseinflüsse sind zu vermeiden. Dazu gehört das Einhalten der Mindesttemperaturen und das Fernhalten von Feuch- tigkeit, Schmutz und Staub. Im Freien lässt sich diese Forderung im Allgemeinen durch ein Montagezelt, gegebenenfalls mit einer Hei- zung, erreichen. – Kabel sind auf Feuchtigkeit zu prüfen. Bei papierisolierten Kabeln wird mit der sogenannten Spratzprobe festgestellt, ob Feuchtigkeit in der Papierisolierung vorhanden ist. Dazu wird am Kabelende entnomme- nes Isolierpapier in Isolieröl getaucht, das auf 120 bis 140 °C erhitzt wurde. Beginnt das Öl zu schäumen, so ist Feuchtigkeit im Papier vorhanden. Für kunststoffisolierte Kabel gibt es keine entsprechend einfach durchzuführende Prüfung. Eine grobe Kontrolle kann durch eine Sichtprüfung erfolgen. Wird Feuchtigkeit im Kabel vorgefunden, sind die zu treffenden Maßnahmen festzulegen (gegebenenfalls Aus- tausch einer längeren Strecke). – Eine mechanische Überbeanspruchung des Kabels ist zu vermeiden, insbesondere dürfen die vorgeschriebenen Biegeradien (Tabelle 4.5 und 4.6) nicht unterschritten werden. Unnötiges Biegen der Kabel ist zu vermeiden. – Eine thermische Überbeanspruchung der Kabelisolierung ist bei Löt-, Schweiß- und Schrumpfarbeiten zu vermeiden, indem entspre- chende Abdeckungen (Glasgewebeband, Ablenkbleche) verwendet werden und die Einwirkzeit möglichst kurz gehalten wird. Nach der vollständigen Errichtung der Kabelanlage ist eine Inbetrieb- nahmeprüfung nach den gültigen Gesetzen und Normen erforderlich, siehe Abschnitt 5.4.1. 229 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 230 4.9 Dokumentation Die Dokumentation stellt eine wesentliche Grundlage für alle bei Pla- nung, Bau und Betrieb der Kabelnetze anfallenden Aufgaben dar. Neben den innerbetrieblichen Anforderungen sind jedoch auch externe Ansprü- che, z.  B. im Zusammenhang mit der Auskunftspflicht, zu beachten. In Bild 4.47 ist ein Auszug aus dem Planwerk eines städtischen Verteil- netzbetreibers dargestellt. Die Daten der Kabelanlage einschließlich der dazugehörigen fachlichen Informationen (z.  B. Typ, Querschnitt, Hersteller, Legedatum) sind ord- nungsgemäß in Plänen und ergänzend in Dateien, Karteien oder Listen zu dokumentieren. 4.9.1 Grundlagen Für den Bereich der Leitungsdokumentation gilt im Wesentlichen die DIN 2425 Teil 7. Zusätzlich sind unternehmensspezifische Werknormen bzw. Technische Richtlinien zu berücksichtigen. Folgende Grundsätze sind zu beachten: – Die Kabel einschließlich Zubehör sind von fachkundigen Personen nach den anerkannten Regeln der Vermessungstechnik im offenen Graben einzumessen. – Ist eine Einmessung am offenen Graben in Ausnahmefällen nicht möglich, ist die Lage des Kabels durch geeignete Maßnahmen, z. B. mit Markierungspflöcken oder -spray, an der wiederhergestellten Oberfläche für die Einmessung zu kennzeichnen. – Die Lage der Kabel ist auf eindeutig bestimmte, dauerhafte Bezugs- punkte (z.  B. Gebäude, Grenzen und Vermessungspunkte) zu bezie- hen. – Bestandteile des Planwerkes sind 1. Einmessskizzen (Einmessungsrisse) 2. Bestandspläne 3. Übersichtspläne – Bestands- und Übersichtspläne sind auf der Grundlage von amtlichen Karten (empfohlene Maßstäbe je nach Bebauungs- und Leitungs- dichte 1: 250, 1: 500, 1:1.000, 1: 2.000, 1: 5.000) zu erstellen. – Kabel werden im Allgemeinen in Regeltiefen gelegt. Abweichungen von der Regeltiefe, insbesondere bei geringeren Legetiefen, sind durch Angabe der tatsächlichen Überdeckung zu dokumentieren. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 231 Bild 4.47 Planauszug eines großstädtischen Verteilnetzes (Quelle: Stromnetz Hamburg) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Absolute Höhenangaben, falls erforderlich, sind immer auf NN (Nor- mal Null) zu beziehen. – Kabel können in Plänen einzeln oder als Trasse dargestellt werden (Einstrich- oder Mehrstrichverfahren). Bei lagegenauer, maßstäblicher Darstellung kann auf die Angabe von Maßzahlen verzichtet werden. – Alle Änderungen und Erweiterungen des Kabelnetzes sind möglichst unmittelbar nach der Einmessung in das Planwerk zu übernehmen, um bei Auskünften z. B. gegenüber Dritten aktuell zu sein. – Zusätzlich sollen weitere Informationen zum Kabelnetz aufgenommen und dokumentiert werden, z. B. Kabeltyp, Leiterquerschnitt, Nenn- spannung, Legedatum, Herstellungsjahr und Herstellerfirma. An wichtigen Stellen, z.  B. Kreuzungen, Muffen usw., können Kabelmerk- steine oder -pfosten zur Unterstützung der Einmessung und zur dauer- haften Markierung des Trassenverlaufs gesetzt werden. Dies ist insbesondere dort zweckmäßig, wo eindeutige, dauerhafte Bezugs- punkte fehlen (z.  B. außerhalb von bebauten Gebieten). Da Kabelmerk- steine z.  B. durch landwirtschaftliche Bearbeitung gefährdet sind, können solche Kabelstellen bei der Legung auch durch unterirdische passive, elektronische Marker gekennzeichnet werden. Mit Hilfe eines Suchgerä- tes ist später ein sicheres und schnelles Wiederauffinden möglich. Wich- tig ist jedoch, dass die Markierungen im Bestandsplan eingetragen sind. In den letzten Jahren hat sich für die Einmessung von Kabeltrassen au- ßerhalb bebauter Gebiete die digitale Einmessung mit GPS-gestützten Geräten durchgesetzt. Die Koordinaten können direkt in digitale Be- standsplanwerke übernommen werden. 4.9.2 Digitale Netzdokumentation Durch den Aufbau einer digitalen Netzdokumentation wurde der hohe Per- sonalaufwand bei der Pflege und Verwaltung der Informationen reduziert und gleichzeitig das Planwerk aktuell gehalten. Dabei dient die digitale Netzdokumentation nun als Grundlage eines Netzinformationssystems. Folgende Grundsätze sollten beachtet werden: Amtliche Kartengrundlage (Digitale Grundkarte) Wenn vorhanden, sollten digitale Katasterdaten (Automatisierte Liegen- schaftskarte – ALK) übernommen werden. Wo keine ALK-Daten vorlie- 232 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 gen, kann die Herstellung der Karte durch Zusammenarbeit mit der Ka- tasterverwaltung beschleunigt werden. Eine eigenständige Digitalisie- rung ist in jedem Fall zu vermeiden, weil dann insbesondere die laufende Aktualisierung durch die Katasterverwaltung nicht möglich ist. Logische Strukturierung der Grundkarte Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Grundkarte nur als Hinter- grundbild ohne Logik zu führen. Damit wird eine schnelle und kosten- günstige Erfassung erreicht. Als dauerhafte Grundlage für ein Netzinformationssystem sollte jedoch eine logisch strukturierte Grund- karte angestrebt werden. Digitaler Bestandsplan Der digitale Bestandsplan ist das zentrale Element einer rechnergestütz- ten Netzdokumentation. Hier werden die Betriebsmittel vollständig und mit genauem geographischen Bezug geführt. Die jeweilige Ausgestal- tung (z.  B. Mehrspartenpläne, Einstrich- oder Mehrstrichdarstellung, lagegenaue oder lageähnliche Darstellung der Kabel) ist unternehmens- spezifisch und sollte in einer Werknorm bzw. Technischen Richtlinie fest- gelegt werden. Das digitale Bestandsplanwerk ist so einzurichten, dass Darstellungen ohne Blattschnittbegrenzungen möglich sind und Maßstab und Inhalte weitgehend flexibel gestaltet werden können. Damit kann wesentlich bes- ser auf Änderungen in der Normung oder bei den Anforderungen reagiert werden als bei der herkömmlichen, manuellen Planwerksführung. Das Bestandsplanwerk sollte mit Fachdaten sowie anderen Dokumen- tationsformen (z.  B. Schemaplänen) logisch verknüpft sein. Es muss möglich sein, über die Grafik gezielt auf Informationen (z. B. Betriebs- mittel- oder Fachdaten) zuzugreifen und diese entsprechend auszuwer- ten (z.  B. durch farbige Gestaltung in den Plänen) oder zu aktualisieren. Zur Erarbeitung einer optimalen Erneuerungsstrategie ist eine auf den einzelnen Kabelabschnitt bezogene Störungsstatistik hilfreich. Digitaler Übersichtsplan Der digitale Übersichtsplan hat ebenfalls geographischen Bezug. Hierin wird das Netz jedoch nur lageähnlich (ohne Vermaßung) und mit redu- ziertem Inhalt dargestellt. Grundlage ist die maßstäblich verkleinerte digitale Katasterkarte bzw. die Deutsche Grundkarte 1: 5.000. 233 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Grundsätzlich gelten die gleichen Anforderungen wie beim digitalen Be- standsplan. Die rechnergestützte Netzdokumentation bietet dabei viel- fältige Möglichkeiten, Netzauswertungen übersichtlich (z. B. durch farbliche Gestaltung) darzustellen. Bestands- und Übersichtsplan sollten möglichst aus einem einzigen Da- tenbestand abgeleitet werden, damit die Aktualisierung nur einmal er- folgen muss. Planausgabe Die digitale Netzdokumentation bietet grundsätzlich die Möglichkeit schneller Trassenauskünfte bereitzustellen. In den letzten Jahren hat sich die elektronische Planausgabe z. B. per Übermittlung durch E-Mail im pdf-Format etabliert. Weiterhin sind bereits erste Online verfügbare Planausgaben möglich bzw. befinden sich im Aufbau. Hierzu gehört auch, anwenderfreundliche Zugriffe über bekannte Be- zeichnungen (z. B. Name Transformatorenstation oder postalische Adresse) zu schaffen. Bei vielen Netzbetreibern sind geographische Informationssysteme be- reits erfolgreich im Einsatz oder noch im Aufbau. Ausgesprochen zeit- intensiv ist die Erstaufnahme der umfangreichen vorhandenen Pläne. Für viele Neubaugebiete stehen heute digitalisierte Grundkarten und entsprechend elektronisch aufgenommene Einmessdaten zur Verfü- gung. 234 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 5 Qualitätssicherung Entscheidend für einen technisch und wirtschaftlich optimalen Betrieb von Stromversorgungsnetzen ist die Auswahl langlebiger, wartungs - armer Betriebsmittel. Eine besondere Bedeutung kommt dabei den Ka- belstrecken zu. Der Qualität dieser Anlagen ist ein ganz besonderes Augenmerk zu schenken, da bei einer Kabelstrecke zu den reinen Ma- terialkosten für Kabel und Garnituren die häufig um ein Mehrfaches hö- heren Aufwendungen für Erd- und Oberflächenarbeiten hinzukommen. Zusätzlich sind für Netzbetreiber mittlerweile auch das Qualitätselement im Regulierungsbereich und Fragenkataloge bei Konzessionsvergaben zu berücksichtigen. Die Qualität der Kabelstrecke wird von der Qualität vieler Einzelkompo- nenten bzw. Arbeitsabläufe bestimmt: – Planung und Konstruktion – Vormaterial, Aufbau und Herstellprozess der Kabel und Garnituren – Prüfsystematik der Betriebsmittel (Vor-, Entwicklungs-, Stück-, Aus- wahl- und Typprüfung) – Leistungserbringer für die Tätigkeiten zur Errichtung der Kabelanlage – Zulassung der Leistungserbringer (Auswahlkriterien) – Transport und Lagerung der Betriebsmittel – Abwicklung der Baumaßnahme, insbesondere: Tiefbau, Kabellegung und Garniturenmontage – Baustellenkontrollen zur Einhaltung der Leistungsvereinbarung – Dokumentation – Betrieb mit den elektrischen und mechanischen Beanspruchungen – Auswertung von Statistiken zu Auffälligkeiten im Betrieb Durch die langjährige Zusammenarbeit der Anwender mit Kabel- und Garniturenherstellern sowie Montage- und Tiefbauunternehmen liegen umfangreiche Erfahrungen über die Qualität einzelner Produkte oder Dienstleistungen der verschiedenen Anbieter vor. Die daraus resultierenden Festlegungen für Mindestanforderungen an die Betriebseigenschaften werden zyklisch überprüft, um festzustellen, ob die Prüfungen noch hinsichtlich Prüfumfang und -schärfe als Quali- tätsnachweis geeignet sind. Um eine gemeinsame Basis zu erhalten, müssen die Festlegungen in entsprechenden Bestimmungen oder Normen verbindlich fixiert werden. 235 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Diese Aufgabe übernehmen Anwender und Hersteller in den Gremien der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informations- technik im DIN und VDE, siehe Abschnitt 14). Die anhand der Normen ermittelten Prüfergebnisse sind sowohl für Her- steller, als auch für Anwender der objektive Qualitätsnachweis. Durch die Energiewende gewinnt die Aktualisierung der Normen zuneh- mend an Bedeutung, da eine höhere Auslastung bzw. geänderte Last- profile, sogar Lastflussrichtungen neue intelligente Netzkonzepte erforderlich machen. Nach der Öffnung des Marktes und durch die unter Umständen gefor- derte europaweite Ausschreibung hat die formalisierte Qualitätssiche- rung eine große Bedeutung erlangt. In der Normenreihe der DIN-ISO-9000 sind Normen zur Qualitätssicherung zusammengefasst. Dort ist auch beschrieben, wie betriebsinterne Qualitätssicherungssys- teme aufgebaut sein sollen. Die Hersteller, zwischenzeitlich mit zuneh- mender Tendenz auch Montagefirmen und Tiefbauunternehmen, haben solche Qualitätssicherungssysteme eingeführt und können hierüber ent- sprechende Zertifikate vorweisen. Insbesondere die Zulassung der Dienstleistungsunternehmen für Mon- tage und Tiefbau gewinnt kontinuierlich an Bedeutung für den Netzbe- treiber und ist daher zu empfehlen. 5.1 Qualität der Kabel und Garnituren Mit PVC-isolierten Niederspannungskabeln liegen jahrzehntelange gute Erfahrungen vor; das gleiche gilt auch für papierisolierte Mittelspan- nungskabel. Die kunststoffisolierten Mittelspannungskabel der ersten Generation (PE und VPE, zweifach-extrudiert, graphitierte äußere Leitschicht) da- gegen konnten teilweise die Anforderungen hinsichtlich der Lebens- dauer nicht erfüllen. Bestimmte Chargen fielen schon nach relativ wenigen Betriebsjahren in großem Umfang aus, obwohl sie ursprüng- lich alle Normen und Vorschriften erfüllt hatten [5.1]. Diese Ausfälle waren und sind für zahlreiche Anwender mit starken wirtschaftlichen Belastungen verbunden. Nach Bekanntwerden der Ausfälle wurden umfangreiche Entwicklungsarbeiten in 1980er Jahren aufgenommen, 236 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 die zu geänderten Vormaterialien, zu einem geänderten Kabelaufbau und zu verfeinerten Pro duk- tionsmethoden geführt haben. Um das da- durch erreichte hohe Qualitätsniveau zu sichern und um Serienausfälle künftig auszuschließen, wurde die DIN VDE 0276-620 für VPE-isolierte Mittelspannungskabel um entsprechende Langzeitprüfungen erweitert [5.2]. Daraufhin wurden Anfang der 1990er Jahre im Rahmen umfang- reicher Untersuchungen an seinerzeit zehn Jahre betrieblich bean- spruchten Kabeln nur eine sehr geringe Alterung festgestellt [5.3, 5.4]. Die Wirksamkeit der ergriffenen Maßnahmen wurde dadurch be- stätigt. Die für VPE-isolierte Mittelspannungskabel in DIN VDE 0276-620 vor- geschriebenen fertigungsbegleitenden Prüfungen beim Hersteller, bei denen kontinuierlich Kabel der laufenden Fertigung entnommen und nach ein und zwei Jahren künstlicher Alterung unter gleichen Bedingun- gen wie bei der Typprüfung geprüft werden, erlauben eine ständige Be- 237 Bild 5.1 Ergebnisse der in Steptests nach einem Jahr und nach zwei Jahren Alterung gemäß DIN VDE 0276-620 an VPE- isolierten Mittelspannungskabeln gemessenen Durchschlag- feldstärken (Quelle: Auswertung des ad hoc AK „Langzeitprü- fung“ im UK411.1, Stand: August 2017) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 obachtung und Beurteilung der Kabelqualität der einzelnen Hersteller [5.5]. Nach den Ergebnissen dieser Prüfungen kann davon ausgegan- gen werden, dass Kabel, die diese Langzeitprüfung erfolgreich bestan- den haben, die an sie gestellten Forderungen nach einer langen Lebensdauer sicher erfüllen werden [5.6]. Ein Beleg hierfür sind die in Bild 5.1 dargestellten hohen elektrischen Restfestigkeiten, die auch nach zwei Jahren beschleunigter Alterung unter harten Bedingungen noch gemessen werden [5.7]. Man erkennt, dass nach zwei Jahren Alterung die mittlere Durchschlag- festigkeit bei etwa 43 kV/mm liegt; dies entspricht bei einem 20-kV-Kabel mit 150 mm2 Leiterquerschnitt rund 15 · U0. Zur Sicherung des erreichten hohen Qualitätsniveaus wird empfohlen, Mit- telspannungskabel für Verteilungsnetze nur nach DIN VDE 0276-620 zu beschaffen. Aus der FNN Schadens- und Störungsstatistik für Mittelspan- nungskabel, sowie der Erfahrungen der Verteilnetzbetreiber sind praktisch keine Ausfälle an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln der Bauart gemäß DIN VDE 0276-620, Teil 10-C bekannt, siehe auch Abschnitt 9. Grundsätzlich muss man auch zwischen der Prüfsystematik bei Kabel und Garnituren konkret in der Nieder- und Mittelspannung unterschei- den. In den Prüfbestimmungen für Kabel ist ein systematischer Prüf - ablauf mit Stück-, Auswahl- und Typprüfungen festgelegt, siehe auch 5.1.1.1. Auf dieser Basis können Anwender ihre interne Qualitätssiche- rung (QS) derart gestalten, dass diese Ergebnisse bei möglichen Auf- fälligkeiten mit den Herstellerangaben überprüfbar sind. Bei Garnituren existiert eine Prüfsystematik in dieser Ausprägung nicht. Hier wird le- diglich eine Typprüfung durchgeführt. Seit wenigen Jahren gibt es die sog. Fingerprintprüfung, die eine Materialcharakterisierung eindeutig macht, aber derzeitig nur beim Hersteller durchführbar ist. Eine QS beim Anwender erfordert hier ein hohes Maß an Normenverständnis bei der Erstellung eines internen Prüfkonzeptes. Hier empfiehlt es sich mit einem Prüflabor und ggf. mit dem Hersteller/Anbieter der Garnitur zur Sicherstellung der geforderten Qualität abzustimmen. Bei Hochspannungskabeln kann auf Grund der Systemprüfung und teil- weise stattfindenden Werksabnahmen auf zusätzliche Materialprüfun- gen beim Anwender verzichtet werden. Wie bei Kabeln, liegen auch mit deren Garnituren (Muffen, Endver- schlüsse, Abschluss- und Verbindungselemente) jahrzehntelange über- 238 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 wiegend gute Erfahrungen vor. Der hohe Anpassungsbedarf an die im Netz vorhandenen verschiedenen Kabelkonstruktionen – bedingt durch deren historische Entwicklung und die Technologievielfalt – stellt hohe Anforderungen an die Qualitätsüberwachung, sowohl bei der Fertigung als auch bei der Montage. 5.1.1 Prüfbestimmungen für Kabel und Garnituren in der Normung Die Prüfung der Kabel und Garnituren ist für Anwender und Hersteller von großem Interesse. Durch die in den Normen festgelegten Prüfreihen wird nachgewiesen, dass die Produkte den gestellten Forderungen ent- sprechen. Der Hersteller kann so seine Fertigung optimieren, und der Anwender kann davon ausgehen, dass die von ihm eingesetzten Pro- dukte die Anforderungen erfüllen. In den DIN-VDE-Bestimmungen sind umfangreiche Prüfungen für Kabel und Garnituren beschrieben. Dort ist für die verschiedenen Bauarten festgelegt, welche Eigenschaften jeweils geprüft und welche Grenzwerte eingehalten werden müssen. Die Anwender sollten deshalb Kabel und Garnituren ausschließlich nach den einschlägigen DIN-VDE-Bestimmungen beschaffen und in ihren Technischen Spezifikationen nur in besonderen Einzelfällen (z. B. spe- zielle Anwendungen) Prüfungen verlangen, die über das in den Normen festgelegte Maß hinausgehen. Grundsätzlich kann man den seit vielen Jahren feststellbaren Trend zur stärkeren Internationalisierung in der Normarbeit spüren. Die Erkennt- nisgewinne beziehen sich aktuell vorrangig auf die Inbetriebnahmeprü- fungen in den höheren Spannungsebenen. Auf Grund der nationalen, regionalen und langjährig gewachsenen Strukturen und Besonderheiten ist es noch ein weiter Weg zu europäischen Kabelnormen. 5.1.1.1 Prüfbestimmungen für Kabel Die Prüfungen und die anzuwendenden Prüfverfahren sind im Wesent- lichen in den Normen der Reihe DIN VDE 0276 enthalten, siehe Ab- schnitt 14.4. 239 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei den Prüfungen für Kabel wird nach DIN VDE 0276 zwischen Stück- prüfung, Auswahlprüfung und Typprüfung unterschieden. Stückprüfungen sind Prüfungen, die an allen Fertigungslängen durch- zuführen sind, um die Übereinstimmung mit ausgewählten Anforderun- gen nachzuweisen. Auswahlprüfungen sind Prüfungen, die am vollständigen Kabel oder an Probestücken des vollständigen Kabels durchzuführen sind, um nach- zuweisen, dass das Kabel den Aufbaubestimmungen entspricht. Typprüfungen sind Prüfungen, die an Kabeln nach DIN VDE 0276 durch- zuführen sind bevor sie in den Markt eingeführt werden, um zu zeigen, dass die Betriebseigenschaften den gestellten Anforderungen gerecht werden. Die Typprüfung wird in elektrische und nicht-elektrische Prüfrei- hen unterschieden, die jedoch beide durchzuführen und zu bestehen sind. An jeder einzelnen Fertigungslänge werden bei der Stückprüfung aus- gewählte elektrische Eigenschaften des Kabels geprüft, um so die Fer- tigungsqualität nachzuweisen. Die Häufigkeit der Auswahlprüfungen ist in den DIN-VDE-Bestimmungen festgelegt, sie muss mindestens für jede Fertigungslänge durchgeführt werden. Ein Teil der Auswahlprüfungen wird jedoch weitaus häufiger durchgeführt als vorgeschrieben. Sie liefern gesicherte statistische Werte und ermöglichen dem Hersteller, seine Fertigung zu optimieren. Darüber hinaus bieten die Auswahlprüfungen bei konsequenter Durchführung dem Anwender die Sicherheit, eine kontinuierliche Produktqualität zu er- halten. Sinnvoll für den Anwender ist, sich hierüber mit seinen Herstellern zu verständigen. Dies kann z.  B. im Rahmen von Qualitätsaudits mit in- ternem oder ggf. unter Einbeziehung von externem Know-how erfolgen. Grundsätzlich ist zu bedenken, dass viele Prüfungen nur an kurzen Ka- belstücken bzw. nur an Kabelenden vorgenommen werden können. Die erbrachten Nachweise gelten daher streng genommen nur für diese ge- prüften Kabelstücke. Wenn z.  B. bei einer Stückprüfung die Wanddicke des Mantels am Kabelende den Anforderungen entspricht, so ist es doch nicht auszuschließen, dass an anderen Stellen der Fertigungs- länge von oft mehreren Kilometern die Wanddicke zu gering sein kann. Die Typprüfung ist die umfassendste der oben genannten Prüfungen. Sie muss spätestens nach fünf Jahren wiederholt werden. Eine erneute 240 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Typprüfung (Zeichenprüfung durch das VDE-Prüf- und Zertifizierungs- institut) ist auch dann erforderlich, wenn Änderungen der Werkstoffe, des Aufbaus oder des Fertigungsprozesses erfolgen, die eine Änderung der nachgewiesenen Eigenschaften bewirken können [5.8]. Schwierig ist die Beurteilung, wie sich Änderungen der Kabelkonstruk- tion, der Fertigungstechnik oder der eingesetzten Werkstoffe auf das Langzeitverhalten der Kabel auswirken. So kann z. B. der Einsatz neuer Werkstoffe unvorhergesehene Auswirkungen mit sich bringen, die unter Umständen ohne geeignete Prüfungen nicht erkannt würden, aber in der Praxis später zu Ausfällen führen. Bei VPE-isolierten Mittelspannungskabeln nach DIN VDE 0276-620 wird auf die turnusmäßige Wiederholung der Typprüfung der elektrischen Eigenschaften verzichtet; sie gilt durch die fertigungsbegleitenden Prüfungen als erfüllt [5.8]. Allerdings müssen die nichtelektrischen Eigenschaften in der üblichen Wiederholungsprüfung nachgewiesen werden. Im Rahmen der fertigungsbegleitenden Prüfungen – als Bestandteil der Typprüfung (und somit der VDE-Zeichengenehmigung) – werden Mit- telspannungskabel kontinuierlich der laufenden Fertigung entnommen und über ein und zwei Jahre künstlich gealtert. Seit 2001 werden die Kabel nach der harmonisierten Langzeitprüfung geprüft (3 ·U0, 40 °C, Konditionierung der Kabel vor der Prüfung im Wasserbad, Wasser im Schirmbereich) [5.9]. Nach diesem Alterungsprozess wird an den Ka- belproben in Steptests die Durchschlagfeldstärke ermittelt. Anforde- rungswerte für diese fertigungsbegleitenden Prüfungen sind in der aktuellen DIN VDE 0276-620 festgelegt. Weitergehende Aussagen zu Messungen an Starkstromkabeln sind in [5.10] enthalten. 5.1.1.2 Prüfbestimmungen für Garnituren Die Prüfungen und die anzuwendenden Prüfverfahren sind im Wesent- lichen in den Normen der Reihe DIN VDE 0278 enthalten, siehe Ab- schnitt 14.4. In den o. g. Normen für Garnituren sind – abweichend zu Kabelnormen – nur Typprüfungen an der vollständig montierten und für den Betrieb 241 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 einsetzbaren Garnitur festgelegt. Bei den Garnituren fehlt eine Prüfsys- tematik in Analogie zu Kabelnormen (Stück-, Auswahl- und Typprüfun- gen; siehe Abschnitt 5.1.1.1). In den Gremien wird seit mehreren Jahren versucht einen Konsens zwi- schen Anwendern und Herstellern herbeizuführen, inwieweit dies auch bei Garnituren in der Normreihe DIN VDE 0278 eingeführt werden kann. 5.1.1.3 Prüfbestimmungen für Verbinder in Garnituren Die Prüfbestimmung für Verbindungselemente in den Kabelgarnituren in allen Spannungsebenen und Konstruktionen haben in den letzten Jahren eine Bedeutung bekommen, die unterschätzt wurde. Die Kos- tenreduktionsmaßnahmen im Rahmen des wirtschaftlicheren Betriebes der Netze und die eingeleitete Energiewende stellen die Hersteller vor neue Herausforderungen. Das Leitermaterial Kupfer wird kontinuierlich durch Aluminium bei der Errichtung von Neuanlagen eingesetzt, aber auch in bestehenden Anlagen können und werden „alte“ Kabel durch „neue“ Kabel mit Aluminiumleiter substituiert. Die Querschnittserhöhung bei mehrdrähtigen Aluminiumleiter > 1.000 mm² stellt die Verbinder- qualität auf ein deutlich höheres Anforderungsniveau. Die bisherigen Prüfanforderungen in der IEC-Norm 61238-1 (DIN VDE 0220-100) aus dem Jahr 2004 stehen auf dem Prüfstand. So wird aus der bisher ein- teiligen Norm eine Normenreihe, siehe Abschnitt 14.4. 5.2 Qualitätsanforderungen an die Beschaffung der Kabel und Garnituren Bereits in Abschnitt 5.1.1 wird empfohlen, Kabel und Garnituren nur nach den einschlägigen DIN-VDE-Bestimmungen zu beschaffen. Zur Erfüllung dieser Anforderung stehen den Anwendern zahlreiche qualifi- zierte Hersteller zu Verfügung, deren Produkte in der Regel mit langjäh- rigen guten Erfahrungen eingesetzt werden. Für den Anwender ist es sinnvoll, diese Hersteller hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit (Lieferan- tenmanagement) aktuell zu bewerten. Häufig besteht auch der Wunsch oder die Notwendigkeit, neue Anbieter hinzuzunehmen. Bei deren Aus- wahl ist besondere Sorgfalt erforderlich, um eine dauerhaft hohe Qualität der Kabelanlage sicherzustellen, da diese nach Legung und Montage nur noch mit großem Aufwand wieder zugänglich ist. 242 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Sofern der Beschaffungswert einen festgelegten Schwellenwert über- schreitet und bestimmte, durch den Anwender zu prüfende, Randbedin- gungen zutreffen, müssen nach den verbindlichen EG-Beschaffungs- richtlinien die davon betroffenen Anwender alle Anlagenteile, also auch Kabel, europaweit ausschreiben. In der EG-Sektorenrichtlinie 2004/17/EG sind die zulässigen Beschaffungsmöglichkeiten dargelegt. Hinweise auf die praktische Anwendung der EG-Sektorenrichtlinie sind in [5.11] ent- halten. Dabei wird insbesondere gefordert, dass alle Hersteller nach ein- heitlichen Kriterien beurteilt werden und keine Diskriminierung einzelner Hersteller stattfindet. 5.2.1 Auswahl geeigneter Hersteller Zur Absicherung der Kabelqualität reicht es nicht aus, lediglich ein zer- tifiziertes Qualitätsmanagementsystem und normenkonform produzierte Kabel und Garnituren zu fordern. Es hat sich vielmehr in jahrzehntelan- ger Erfahrung gezeigt, dass ohne eine vorherige Überprüfung von Her- stellern und Produkten die Beschaffung langlebiger Betriebsmittel technisch und wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Zur Sicherung der Qualität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit eines Produktes bei dem Einsatz bis dato unbekannter Hersteller – also auch bei europaweiter Ausschreibung – hat sich das abgestufte Präqualifika- tionsverfahren bewährt [5.11]. Sofern die Verpflichtung zur europaweiten Ausschreibung besteht, wird in einem ersten Schritt das Präqualifikati- onsverfahren im EG-Amtsblatt veröffentlicht. Die sich daraufhin melden- den interessierten Anbieter erhalten die technischen Spezifikationen, in denen der Anwender seine Anforderungen detailliert und verbindlich festlegt, sowie einen Fragenkatalog zur Selbstauskunft des Herstellers. In diesem Fragebogen werden Angaben zu folgenden Punkten abge- fragt: – Unternehmensstruktur – Qualitätsmanagement – Forschung und Entwicklung – Logistik – Serviceleistungen und technischer Support – verwendete Materialien und Fertigungstechnologie – durchgeführte Prüfungen – Umweltschutz, Arbeitsbedingungen (keine Kinderarbeit, Ausbeutung etc.) 243 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Dieser Fragebogen wird vorzugsweise elektronisch erstellt und gepflegt bzw. kann sogar als Applikation beim Netzbetreiber mit persönlich au- torisierter Zugangsberechtigung, z. B. Zugangscode via Link durch den interessierten und potentiellen Hersteller bearbeitet werden. Zusätzlich kann eine Beistellung von Mustern vereinbart werden. Im zweiten Teil des Verfahrens werden die Herstellerangaben bei einem Besuch überprüft und die Fertigungsstätte begutachtet. Bei positivem Ausgang dieser Prüfung können Probelieferungen ver- einbart und anschließend der Hersteller in das Verzeichnis der so ge- nannten qualifizierten Lieferanten aufgenommen werden. Auch ohne Verpflichtung zur europaweiten Ausschreibung, also bei der „freiwilli- gen“ Auswahl neuer Hersteller, ist die sinngemäße Anwendung des Präqualifikationsverfahrens zweckmäßig. Diese praktische Bestätigung der Leistungsfähigkeit empfiehlt sich bei großen Liefermengen, -längen und großen Projekten mit Wiederholungseffekt in der Realisierung. 5.2.2 Ausschreibung und Auftragsvergabe Zwischen der Durchführung des Präqualifikationsverfahrens und der Ausschreibung bzw. Auftragsvergabe liegt in der Regel ein mehr oder weniger langer Zeitraum. Während das Präqualifikationsverfahren los- gelöst von einer konkreten Vergabe zu sehen ist, bezieht sich die Aus- schreibung auf einen konkreten Auftrag. Auch in diesem Fall kann, z. B. im Rahmen eines vereinfachten Verfahrens, beispielsweise eine Prü- fung der Unterlagen vorgenommen werden. Sofern die Verpflichtung zur europaweiten Ausschreibung besteht, wird bei der eigentlichen Ausschreibung der Bedarf im EG-Amtsblatt veröf- fentlicht. lm weiteren Verfahren werden nur die Angebote der präquali- fizierten Unternehmen berücksichtigt. Dabei kann zwischen dem nichtoffenen und dem Verhandlungsverfahren gewählt werden. Das of- fene Vergabeverfahren ohne Unternehmens- und Produktbewertung kann für hochwertige technische Güter, für die eine hohe Lebensdauer gefordert wird, nicht in Frage kommen. Bei der Auftragsvergabe ist da- rauf zu achten, dass keine Bevorzugung stattfindet und die geforderten Fristen eingehalten werden. Ist eine europaweite Vergabe nicht erforderlich, eine Ausschreibung aber gewünscht, so kann diese auf verschiedenen Wegen erfolgen, 244 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 z.  B. die Nutzung der Veröffentlichung auf der Internet-Homepage des ausschreibenden Unternehmens. Es ist zweckmäßig, bei der Auswahl der Hersteller auf einen Kriterien- katalog zurückzugreifen. Dabei wird die Gewichtung unterschiedlich sein, je nachdem, ob z.  B. Nieder-, Mittel- oder Hochspannungskabel bzw. Garnituren zu beschaffen sind. Bei einer Auftragsvergabe nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist nicht allein der Preis entscheidend. Weitere Kriterien sind beispiels- weise: – Einhaltung der Anwenderanforderungen (z.  B. Technische Spezifika- tion, aktuelle Reklamationsquote) – Eigenschaften der Produkte (Aufbauqualität, Langzeitverhalten, Um- weltfreundlichkeit, Betriebserfahrungen usw.) – Fertigungsverfahren, Forschung und Entwicklung, Umweltschutz – Qualitätsmanagement (QM) beim Hersteller (durchgeführte Prüfun- gen, Prüffeldausstattung, Umsetzung des QM-Systems und QM-Ver- einbarungen mit Vorlieferanten) – Leistungsfähigkeit und Struktur des Lieferanten (Lieferkapazität, Ser- viceleistungen, Geschäftsabwicklung, Mängelabwicklung, Bonität usw.) Ein weiterer Gesichtspunkt könnte sein, dass ein Hersteller für be- stimmte Kabel- und Garniturentypen besonders geeignete Technologien und Fertigungsstätten hat. Nur bei Beachtung aller Kriterien kann die Qualität der Kabel und Garni- turen gesichert werden. Die Qualitätsanforderungen müssen vor einer konkreten Auftragsvergabe formuliert, in den Bestellbedingungen veran- kert und bei Vergabeverhandlungen und -entscheidungen berücksichtigt werden. Ihre Erfüllung ist durch den Auftraggeber zu überprüfen. In ganz besonderem Maß gilt dies vor dem Hintergrund der Ausfälle zahlreicher Chargen aus der Produktion der 1970er Jahre für PE- und VPE-isolierte Mittelspannungskabel (zweifach-extrudiert, grafitierte äußere Leitschicht). Kabel, insbesondere solche für höhere Spannungsebenen, stellen ein komplexes technisches Produkt dar. Sie sind für die Netzbetreiber von großer wirtschaftlicher Bedeutung und müssen eine Lebensdauer von einigen Jahrzehnten aufweisen. Der heute erreichte hohe Qualitätsstan- dard basiert auf einer Verbesserung der Konstruktion, der Fertigung, 245 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 der Auswahl der Vormaterialien und der Weiterentwicklung der Prüfme- thoden. Weder aus wirtschaftlichen Gründen noch unter dem Aspekt der Versorgungszuverlässigkeit ist ein Nachlassen dieser Qualität vertretbar. An die Kabelhersteller und an ihre Produkte sind daher sehr hohe An- forderungen zu stellen. 5.2.3 Abnahme von Lieferungen beim Hersteller und Wareneingangsprüfung Es liegt im Ermessen des Bestellers, ob und in welchem Umfang er Abnahmen im Herstellerwerk durchführt. Solche Abnahmen sind bei Kabeln und Garnituren für den Nieder- und Mittelspannungsbereich meist auf Ausnahmefälle beschränkt und richten sich danach, welche Erfahrungen mit den Produkten des jeweiligen Herstellers bestehen. Sinnvoll kann in diesem Zusammenhang z.  B. eine Werksabnahme der ersten Lieferung eines neuen Herstellers sein (siehe Abschnitt 5.2.1). Bei den Wareneingangsprüfungen werden die angelieferten Produkte auf bestimmungsgemäße Lieferung überprüft. Sie ermöglichen weiterhin die vergleichende Beurteilung verschiedener Hersteller sowie die Rück- kopplung der Ergebnisse mit dem Ziel einer Anpassung der Prüfschärfe, falls erforderlich. Wareneingangsprüfungen können in drei Stufen un- terteilt werden: 1. Eingangskontrolle 2. Qualitätskontrolle 3. Qualitätsprüfung Die Wareneingangskontrolle sollte bei jeder Lieferung durchgeführt wer- den, bei Anlieferung am Lager durch dortiges Personal, bei Anlieferung an anderen Orten (z.  B. Baustelle) durch den entgegennehmenden Mit- arbeiter. Dabei werden kontrolliert: – sachgemäßer Transport/Anlieferung – äußere Unversehrtheit (Inaugenscheinnahme Kabel, Spulen, Verpa- ckung Garnituren) – ordnungsgemäße Kennzeichnung (Kabel, Spulen, Verpackung Gar- nituren) – Übereinstimmung von Bestellung und Lieferung (Vollzähligkeit und Vollständigkeit) 246 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 247 Bei der durch Personal mit spezifischen Produktkenntnissen stichpro- benartig durchgeführten Qualitätskontrolle werden bestimmte Eigen- schaften des Produkts (z.  B. Aussehen, Funktion, Beschaffenheit, Abmessungen) überprüft. lm Rahmen von Stichprobenprüfungen oder nach Auffälligkeiten bei Qualitätskontrollen kann durch qualifiziertes Prüfpersonal eine weiter- gehende Qualitätsprüfung durchgeführt werden. Bei Kabeln kann z. B. durch eine Aufbauprüfung geprüft werden, ob der in den jeweiligen DIN- VDE-Bestimmungen genannte Aufbau und die Maße eingehalten sind. Um eine ggf. festgestellte Abweichung im Zuge der sich daraus erge- benden Reklamation belegen zu können, ist eine entsprechende Aus- rüstung (z.  B. optisches bzw. elektronisches System zur Wanddicken- messung) und Dokumentation erforderlich (Bild 5.2). Falls bei Wareneingangskontrollen Mängel festgestellt werden, müssen unverzüglich entsprechende Maßnahmen, in der Regel zusammen mit dem Hersteller bzw. Lieferanten, eingeleitet werden. Bild 5.2 Messplatz zur Aufbauprüfung von Kabeln in einem Prüflabor (Quelle: innogy – Eurotest) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Sofern für das zu prüfende Kabel bzw. die zu prüfende Garnitur keine eindeutigen Vorschriften bestehen oder die Anforderungen über die be- stehenden Vorschriften hinausgehen, empfiehlt es sich, im Rahmen der technischen Spezifikation auch Art und Umfang der Prüfungen mit dem Hersteller bzw. Lieferanten zu vereinbaren. Zu diesen Vereinbarungen gehört auch, ob Prüfprotokolle verlangt werden und welche Angaben sie im Einzelnen enthalten müssen. 5.3 Behandlung der Kabel und Garnituren bei Transport und Lagerung, Legung und Montage sowie im Betrieb Insbesondere die heute im Mittel- und Niederspannungsbereich einge- setzten kunststoffisolierten Kabel und deren Garnituren machen äußer- lich einen recht robusten Eindruck. Deshalb ist es umso wichtiger, die mit deren Handling befassten Personen auf eine sorgfältige Behandlung hinzuweisen, da sonst Beschädigungen nicht auszuschließen sind. Grundsätzliche Aussagen finden sich in Abschnitt 4.4. 5.3.1 Transport und Lagerung Die Behandlung der Kabel beim Transport hat wesentliche Auswirkun- gen auf die spätere Zuverlässigkeit der Kabelanlage. Die für den Transport der Kabel verwendeten Spulen müssen sich in einem einwandfreien Zustand befinden, um eine Beschädigung der Kabel auszuschließen. Insbesondere gilt dies für den Spulenkern, eine evtl. vorhandene Einlaufschnecke und die Flanschinnenseiten (z.  B. keine hervorstehenden Nägel). Ein stabiler Zustand der Spulen ist ferner erforderlich, um deren sachgemäße Abladung und Handhabung zu ge- währleisten. Die korrekte Rollrichtung der Spule ist durch eine entspre- chende Kennzeichnung auf der Spulenscheibe (Richtungspfeil) angegeben. Ein wetterfestes Spulenschild muss gut lesbar Hersteller, Kabellänge und Kabelkurzzeichen (Typ, Aderanzahl, Nennquerschnitt und Nennspannung) enthalten. Vom Rand der Spulenscheibe bis zur äußeren Kabellage muss ein ausreichender Abstand eingehalten wer- den; Angaben enthalten die Normen der Reihe DIN VDE 0276. Die Kabelenden müssen so befestigt sein, dass sich die Enden während des Transports nicht lösen können. Ein „Durchnageln“ des Kabels ist nicht zulässig. Die Kabelenden müssen während des Transports und 248 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 der Lagerung wasserdicht verschlossen sein. Sie sind mit Endkappen abzudichten, die einen dauerhaften, feuchtigkeitsdichten Abschluss zwi- schen Mantel und Kappe sicherstellen. Bei VPE-isolierten Mittelspan- nungskabeln mit PE-Mantel ist die Verwendung leitfähiger Endkappen empfehlenswert, um eventuell im Kabel vorhandene elektrostatische Aufladungen abzuleiten. Die Beladung der Lieferfahrzeuge muss so erfolgen, dass eine sachge- mäße Abladung der Spulen möglich ist. Kabelspulen mit einem Durchmes- ser über 1  m sind mit waagrecht liegender Spulenachse zu transportieren und zu lagern, um ein Ineinanderfallen der Kabellagen durch Erschütte- rungen zu vermeiden. Während des Transports sind die Spulen zuverläs- sig zu sichern, um ein Weg- bzw. Ineinanderrollen oder Verrutschen auszuschließen. Dies gilt auch bei ggf. erforderlichen Umladungen zwi- schen Herstellerwerk und Lieferadresse. Es ist sicherzustellen, dass die Kabel beim Transport, Umladen und Lagern durch Hebemittel oder andere Gegenstände nicht eingedrückt und damit beschädigt werden. Es muss auch dafür Sorge getragen werden, dass auf dem Lagerplatz und dem Transportweg keine scharfen oder spitzen Gegenstände in die Spule bzw. an das Kabel gelangen. Der Lagerplatz muss so beschaffen sein, dass die Kabelspulen nicht in den Boden einsinken bzw. wegrollen können. Bei Transport und Lagerung von Garnituren müssen die jeweiligen An- forderungen des Herstellers eingehalten werden (z.  B. Umgebungsbe- dingungen, max. Verwendungsdauer). 5.3.2 Legung und Montage Schon bei der Auswahl der Kabeltrasse sind die Gegebenheiten für die Kabellegung zu beachten. Berücksichtigt werden müssen auch andere Leitungen im Verlauf der Kabeltrasse. lm Zuge der Trassierung muss entsprechend den örtlichen Gegebenheiten (z.  B. Bodenbeschaffenheit und Oberfläche) das angemessene Legeverfahren, eventuell abschnitts- weise, festgelegt werden. Bei der Kabellegung ist, je nach Legeverfahren, auf einen ordnungsge- mäßen Kabelgraben und eine sorgfältige Einsandung (falls erforderlich) bzw. Wiederverfüllung zu achten (siehe Abschnitt 4). Bei verrohrten Stre- cken ist sicherzustellen, dass die Kabelmäntel an der Rohreinführung 249 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 nicht beschädigt werden und die Rohre frei von Verunreinigungen blei- ben. Die in den jeweiligen DIN-VDE-Bestimmungen angegebenen nied- rigsten zulässigen Legetemperaturen und die kleinsten zulässigen Biegeradien dürfen nicht unterschritten werden. Ergeben sich im Zuge der Bauabwicklung Änderungen bei der Legung ist dies bei der Kabel- belastbarkeit zu berücksichtigen. In jedem Fall muss das Kabel im Zuge der Legung sorgfältig beobachtet werden, alle Besonderheiten sind festzuhalten. Die Protokollierung der Zugkräfte ist empfehlenswert (Zugkraftschreiber). Kritische Stellen sollten nach der Kabellegung kontrolliert und dazu bei Verdacht auf Beschädi- gungen gegebenenfalls auch aufgegraben werden. Es empfiehlt sich, nach der Kabellegung eine Mantelprüfung entsprechend DIN VDE 0276 durchzuführen, da so Beschädigungen des Mantels festgestellt werden können. Bei Verlegung größerer Längen in Luft (Kabelpritschen, Kabel- keller) empfiehlt sich, je nach Bedeutung der Kabelstrecke, zusätzlich eine Primärisolationsprüfung, da Beschädigungen durch eine Sichtkon- trolle nicht sicher ausgeschlossen werden können. Die Montage der Garnituren muss streng nach den Montageanleitungen des Herstellers erfolgen. In jedem Fall ist auf Sauberkeit zu achten, auch wenn die Montage der heute üblichen vorgefertigten Garnituren wesent- lich einfacher ist als die früher angewandte Wickeltechnik. Aufgrund der zunehmenden Vergabe von betrieblichen Tätigkeiten (Schaltberechti- gung, Arbeitsstelle einrichten, Kabel- und Phasenauslese, Mantelprü- fung, Arbeiten unter Spannung) und Änderungen bei Material, Technik, Vorgaben der Arbeitssicherheit, Umweltschutz und weiterer Richtlinien, ist der Schulung von Monteuren ein besonderes Augenmerk zu widmen. Die Qualifizierung der Monteure erfolgt meist durch die Teilnahme an Garniturenschulungen (des Herstellers) bis hin zu wiederkehrenden mo- dularen Schulungen mit Prüfung und Zulassung beim jeweiligen Netz- betreiber. Inhaltlich sollte die Schulung Kenntnisse in Theorie und Praxis, handwerkliche Fertigkeiten bis hin zur Überprüfung der Ausrüstung um- fassen. Die Wichtigkeit von Überwachungsmaßnahmen ergibt sich aus der Überlegung, dass Mängel meist nicht sichtbar und schwer rückver- folgbar sind und oft erst mittel- und langfristig zu Störungen mit hohen Folgekosten führen. Bewährt haben sich stichprobenartige Montagekon- trollen vor Ort. Durch ein regelmäßiges Qualitätsaudit mit nachvollzieh- barer persönlicher Monteurkennzeichnung an jeder Kabelgarnitur kann das Qualitätsbewusstsein weiter gefördert werden [5.12]. Abgerundet kann dieses System werden durch eine offene Feedback-Kultur in Ver- 250 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 bindung mit vorher vereinbarten wirksamen Konsequenzen (z. B. Bonus/ Malusssystem, Nachschulungen, verstärkte Kontrollen). Im Hinblick auf die übliche Kostendiskussion bei qualitätsbasierten Maßnahmen ist es vorteilhaft, dies im internen Regelwerk zu verankern und die jeweiligen Vorteile für das Montageunternehmen, den Vorgesetzten und dem ein- zelnen Monteur hervorzuheben. Auch viele Tiefbau- sowie Montagefir- men tragen diesem Gedanken durch entsprechende Schulungen und zum Teil eigene Qualitätsmanagementsysteme Rechnung [5.12]. Für den Bereich des Tiefbaus ist hier insbesondere auf das „RAL-Güte- zeichen Kabelleitungstiefbau“ hinzuweisen, das an Fachunternehmen nach erfolgreichem Ausgang einer eingehenden Prüfung gemäß detaillier- ter Kriterien vergeben wird. Nähere Einzelheiten können [5.13] entnommen werden. Auch in den ATB-BeStra (Allgemeine Technische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommunikations- linien [5.14]; siehe auch Abschnitt 4) wird hierauf Bezug genommen. So kann die Forderung, dass Planung und Bauausführung von Tiefbaumaß- nahmen im öffentlichen Verkehrsraum von einschlägig qualifizierten Fach- firmen mit Erfahrung durchzuführen sind, u.  a. durch den Nachweis des RAL-Gütezeichens Kabelleitungstiefbau erfüllt werden [5.15, 5.16]. 5.3.3 Betrieb Während des Betriebs sind die Kabel sowohl elektrischen als auch me- chanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Eine thermische Überlastung der Kabelstrecken kann durch sorgfältige Planung und im Fehlerfall durch den Netzschutz vermieden werden. Die im Erdschlussfall in ge- löschten Netzen auftretende Spannungserhöhung in den nicht betroffe- nen Leitern kann bei stark vorgeschädigten Kabeln einen inneren Fehler auslösen. In gemischten Netzen mit Übergängen von Freileitungen auf Kabel werden die Kabel üblicherweise durch Überspannungsableiter vor Gewitterüberspannungen geschützt. Die Erfahrung zeigt, dass in den meisten Fällen nicht die elektrischen, sondern vielmehr die mechanischen Belastungen zu Schäden an Ka- beln führen. Besonders bei Bauarbeiten auf und in unmittelbarer Nähe der Kabeltrasse werden die Kabel häufig beschädigt. Führt diese Be- schädigung unmittelbar zu einem Erd- oder Kurzschluss, so wird sie auch vom Netzbetrieb sofort erkannt und kann ordnungsgemäß beho- ben werden. Bleibt die Beschädigung dagegen zunächst unbemerkt, so kann z.  B. über eine längere Zeit Wasser in das Kabel eindringen und 251 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 letztlich ein noch größerer Schaden entstehen. Es hat sich deshalb be- währt, nach entsprechenden Bauarbeiten die Baustelle vor dem Wie- derverfüllen des Kabelgrabens zu kontrollieren bzw. nach Abschluss der Bauarbeiten den Kabelmantel auf Beschädigungen zu überprüfen (Man- telprüfung; siehe Abschnitt 5.4.1 und 7.3.3). 5.4 Prüfung und Diagnose von Kabelanlagen Prüfungen und Diagnosen an Kabeln mit zugehöriger Abschluss- und Verbindungstechnik werden durchgeführt, um die Anlage auf Montage- fehler zu überprüfen, Isolations- oder Mantelfehler aufzudecken oder den Alterungszustand der Anlage abzuschätzen. Prüfungen können nach der Legung oder Montage, aber auch nach einer Reparatur oder Umlegung durchgeführt werden. Dabei spricht man auch von Inbetriebnahmeprüfungen. Ob und gegebenenfalls in wel- chen Zeitabständen eine Prüfung oder Diagnose von betriebsbean- spruchten Kabelanlagen erfolgt, liegt im Ermessen des Betreibers [5.17]. Eine detailliert geführte Kabelfehlerstatistik mit Erfassung von z. B. Ka- beltyp, Kabelhersteller, Kabelbaujahr, Störungsort, Störungsursache, Störungsauswirkung und Störungsquote kann dabei sehr hilfreich sein. Grundsätzlich muss man hier natürlich berücksichtigen, dass in konse- quenter Anwendung des Qualitätsregelkreises, die Qualität nicht in eine Kabelanlage hineingeprüft bzw. diagnostiziert werden kann. Die Anwen- dung einer entsprechenden Prüf- bzw. Diagnosesystematik kann jedoch sehr hilfreich sein, die Fehlerursachen klar zu erkennen, und innerbe- trieblich die konkreten Abhilfemaßnahmen durchzusetzen. 5.4.1 Inbetriebnahmeprüfung Vor einer Inbetriebnahme der fertig gestellten Kabelanlage ist die Sicht- prüfung nach DIN VDE 0105 obligatorisch und stellt eine Mindestanfor- derung dar. Weitere Prüfungen sind teilweise in den gültigen Ausgaben der Normreihe DIN VDE 0276 empfohlen. Diese stellen eine qualitäts- sichernde Maßnahme zur Überprüfung der Legung und Montage dar. 5.4.1.1 Inbetriebnahmeprüfung an Niederspannungskabel Für Niederspannungskabel wird eine Mantelprüfung in der Norm DIN VDE 0276-603 empfohlen. 252 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Mantelprüfung (siehe auch Abschnitt 7.3.3) hat sich als eine einfache und zuverlässige Methode zur „Überprüfung der Unversehrtheit des Kunststoffaußenmantels“ mit dem Ziel der Feststellung von äußeren Ka- belbeschädigungen erwiesen. Sie wird mit Gleichspannung durchgeführt. Bei Kabeln mit einer Papier-Masse-Isolierung ist eine Mantelprüfung nur möglich, wenn das Kabel mit einer Kunststoffhülle ausgestattet ist. Ent- sprechend DIN VDE 0276 werden PE-Mäntel mit Gleichspannung bis 5 kV und PVC-Mäntel mit Gleichspannung bis 3 kV geprüft. 5.4.1.2 Inbetriebnahmeprüfung an Mittelspannungskabel In der aktuellen Ausgabe der DIN VDE 0276-620, Teil 10 C wird diesem Sachverhalt nach der Überarbeitung deutlich mehr Bedeutung beigemes- sen. Dort werden in Form eines „Leitfaden für die Verwendung“ Hinweise mit Voraussetzungen, Anlässen, Auswahlkriterien und entsprechende Empfehlungen gegeben. Dieser Leitfaden nennt Maßnahmenschritte und gibt dem Anwender die Möglichkeit, Methoden und Prozessschritte kom- petent für seine Netzerfordernisse festzulegen. So wurden auch die „Emp- fohlenen Prüfungen nach der Legung“ den aktuell internationalen und nationalen Erkenntnissen normativ eingearbeitet. Als Erläuterung für die praktische Umsetzung beim Anwender wurde im Forum Netze Netztechnik (FNN) in einem Technischen Hinweis mit dem Titel „Inbetriebnahmeprüfung von MS-Kabeln“ wurde ein Stufenmodell entwickelt, welches dem Netzbetreiber die Entscheidung für ein Inbe- triebnahmekonzept vereinfacht (Tabelle 5.1). Hinweis: Bei der Prüfkonzeptfestlegung ist zu beachten, dass die Prüf- zeiten in der Norm DIN VDE 0276-620, Teil 10-C auf den Technologie- kenntnissen bei der Produktentwicklung basieren. Dem o. g. FNN Technischer Hinweis liegen Prüfzeiten zu Grunde, die von Anwendern 253 Tabelle 5.1 Mögliche Stufen der Inbetriebnahmeprüfung [5.18] Stufe Sichtprüfung Kabelmantel- prüfung Spannungs - prüfung TE-Messung A X - - - B X X - - C X X X - D X X X X www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 254 empirisch ermittelt wurden. Jedoch sind sowohl „VDE-Prüfzeiten“, als auch „FNN-Prüfzeiten“ als empfohlene Werte anzusehen. Insbesondere bei den Spannungsprüfungen sind die unterschiedlichen Prüfzeiten zu beachten, da diese sich an die unterschiedlichen Ausprä- gungen (Produktentwicklung für Norm und Inbetriebnahmeprüfung als QS für die Garniturenmontage) orientieren. Die Mantelprüfung wird von den meisten Anwendern durchgeführt; Spannungs- und TE-Prüfungen der Isolierung werden darüber hinaus bei Bedarf angewendet. Innere Fehler, die nicht mit einer Beschädigung des Außenmantels ein- hergehen bzw. bei Legung in Luft oder im Rohr, können mit einer Mantel- prüfung nicht erkannt werden. Um diese zu erkennen kann eine Spannungsprüfung, ggf. in Kombination mit TE-Messung durchgeführt werden. Für Spannungsprüfungen gelten die Vorzugswerte gemäß Tabelle 5.2. Bei papierisolierten Kabeln wird für Spannungsprüfungen bereits seit vielen Jahrzehnten mit Erfolg die Gleichspannungsprüfung eingesetzt. Der apparative Aufwand ist gering und die Aufdeckung von betriebsge- fährdenden Fehlstellen ist bei papierisolierten Kabeln erfahrungsgemäß mit ausreichender Sicherheit möglich. Für die Spannungsprüfung VPE-isolierter Mittelspannungskabel (gilt auch für PE-isolierte Kabel) ist die Gleichspannung aus mehreren Gründen ungeeignet. Bei neuen Kabelanlagen oder nach Reparaturen führt die Gleichspannungsprüfung nicht zu Teilentladungen, auch wenn Isolierstoff Prüfspannung Prüfpegel Prüfzeit PVC und Papier Gleichspannung 5,6 – 8•U0 15 – 30 min Wechselspannung 45 – 65 Hz 2•U0 30 min Wechselspannung 0,1 Hz 3•U0 30 min VPE Wechselspannung 20 – 300 Hz 2•U0 60 min Wechselspannung 0,1 Hz 3•U0 60 min Tabelle 5.2 Spannungsprüfungen an Mittelspannungskabeln; Vorzugswerte für Prüfpegel und -zeiten www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 diese bei Betriebsspannung hohe Werte erreichen und so innerhalb kurzer Zeit zu einem Fehler führen würden. Bei gealterten Kabeln wird bei einer Gleichspannungsbeanspruchung der für die Aufdeckung in- homogener leitender Fehlstellen (z.  B. water tree) erforderliche Um- schlag in einen ersten Teildurchschlag und der dann schließlich zum Aufdecken der Fehlstelle führende Prozess des electrical treeing im All- gemeinen nicht initiiert. Andererseits rufen Durchschläge während der Prüfung Wanderwellenvorgänge auf dem Kabel hervor und führen so zu einer zusätzlichen Spannungsbeanspruchung. Dadurch kann es bei geschädigten bzw. betriebsgealterten VPE-isolierten Kabeln im Rah- men der Prüfung zu einer ungewollten Schädigung des Kabels kom- men. Auch in den letzten Jahren wurden intensive Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel durchgeführt, Hard- und softwaremäßig leicht handhabbare Prüfmethoden zu entwickeln, die zuverlässige Hinweise auf die Betriebstüchtigkeit geben und das Kabel nicht schädigen. Es werden verschiedene Verfahren, vor allem die Prüfung mit 0,1-Hz-Wechselspan- nung und die Prüfung mit Wechselspannung 45 Hz bis 65 Hz (Reso- nanzprüfanlage), eingesetzt. Neu sind auch aus der IEC 60502-2 übernommene Prüfungen mit Wechselspannung in einem Frequenzbe- reich von 20 bis 300 Hz bei 2 · U0. Problematisch bei reinen Spannungs- prüfungen – auch bei der 0,1-Hz-Spannungsprüfung – ist, dass sie nur eine „Ja-Nein-Aussage“ liefern, d.  h. die Kabelanlage hat entweder die Prüfung bestanden oder ist durchgeschlagen. Um weitergehende Aussagen über die Betriebstüchtigkeit zu ermöglichen, können in Ver- bindung mit Spannungsprüfungen z. B. Teilentladungsmessungen durchgeführt werden (siehe Abschnitt 5.4.2). Die verschiedenen Verfahren zur Vor-Ort-Prüfung von Kabelanlagen wurden in vergleichenden Untersuchungen im Detail betrachtet; nähere Einzelheiten können [5.19] entnommen werden. 5.4.1.3 Inbetriebnahmeprüfung an Hoch- und Höchst - spannungskabel Einzelheiten zu Art und Umfang von Inbetriebnahmeprüfungen an Hoch- und Höchstspannungskabel werden projektspezifisch zwischen Betrei- ber und Lieferant vereinbart. Die relevanten Normen für Hochspan- nungskabel (DIN VDE 0276-632) und Höchstspannungskabel (DIN VDE 0276-2067) enthalten „Empfohlene Prüfungen nach der Legung“. 255 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 In den Normungsgremien werden grundsätzlich die zur Verfügung ste- henden und auch weiterentwickelten Messtechniken hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit und Aussagequalität bewertet. Konkret in der Hoch- spannungstechnik sind alternative Verfahren zur bewährten Prüfwech- selspannung in der Erprobung [5.20]. 5.4.2 Diagnose Die Prüfung führt zu einer qualitativen (JA/NEIN) Aussage (siehe Ab- schnitt 5.4.1) und bezieht sich auf den augenblicklichen Zustand bei ge- genüber der Betriebsspannung deutlich erhöhtem Prüfpegel und angemessener Prüfdauer, z. B. um den Anforderungen von DIN VDE 0276-620 zu genügen. Bei einer Prüfung kann es durch verschiedene Ursachen zu einer Vor- schädigung bzw. Zerstörung kommen. Bei einer Diagnose darf es weder zu Vorschädigung bzw. Zerstörung kommen. Durch die Anwendung von Diagnoseverfahren soll eine bessere Cha- rakterisierung des Alterungszustands ermöglicht werden. Hierzu wurden verschiedene Verfahren für die unterschiedlichen Isolierwerkstoffe ent- wickelt [5.21]. Hier sind im Wesentlichen folgende Verfahren zu nennen: – 0,1-Hz-Verlustfaktormessung – Messung der Wiederkehrspannung – Relaxationsstrommessung – Teilentladungsmessverfahren Diese Verfahren werden im Einzelnen im Kapitel 8 beschrieben. 5.5 Sanierung water-tree-geschädigter Mittelspannungskabel In den USA wurden die sogenannten URD-Mittelspannungskabel (un- derground residential distribution cable) häufig ohne den schützenden Außenmantel in das Erdreich gelegt. Isolationsfehler in PE- und VPE- Kabeln sind dort bereits nach kürzester Zeit und erheblich zahlreicher als in Europa aufgetreten. 256 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Mit Sicherheit für Sie da! Spezialist für Kabelbearbeitungswerkzeuge www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 258 Mitte der 1980er Jahre wurde daher eine Technologie zur Sanierung water-tree-geschädigter PE-, VPE- und EPR-isolierter Mittelspannungs- kabel entwickelt und zunächst in Nordamerika eingesetzt. In Deutsch- land wurde dieses Verfahren vereinzelt seit 1993 angewendet [5.22, 5.23]. Bei diesem Verfahren wird eine Silikonflüssigkeit unter Druck in die (mehrdrähtigen) Leiter der Kabel injiziert. Die Silikonflüssigkeit diffundiert in die Isolierung des Kabels und polymerisiert dort mit eventuell vorhan- denem Wasser. Die Moleküle der neu entstandenen dielektrischen Flüs- sigkeit erreichen fast die fünfzigfache Größe der Wassermoleküle und füllen daher die mikroskopischen Hohlräume in den water trees dauer- haft aus. Durch die injizierte Silikonflüssigkeit soll die Spannungsfestigkeit der kunststoffisolierten Mittelspannungskabel verbessert werden. Allerdings liegen keine umfangreiche statistisch belastbare Aussagen über die Langzeitwirkung vor. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 6 Arbeitssicherheit und Umweltschutz „Jeder hat das Recht auf Leben und körperliche Unversehrtheit“ – diese wichtige Aussage im Artikel 2 des Grundgesetzes ist natürlich auch tref- fend für Tätigkeiten im Umfeld mit Kabelanlagen. Fragen der Arbeitssicherheit treten sowohl während der Errichtung, so z. B. beim Kabelleitungstiefbau, als auch bei der Montage und im Be- trieb, so z.  B. bei der Kabelfehlersuche, auf. Der Umweltschutz ist bei der Herstellung des Kabels, dem Kabelleitungstiefbau im laufenden Be- trieb bis hin zur Außerbetriebnahme und nach der Bergung bei Verwer- tung bzw. Entsorgung des Kabels zu beachten. 6.1 Arbeitssicherheit Arbeiten im Zusammenhang mit Kabelanlagen berühren die verschie- densten Aspekte der Arbeitssicherheit. Das Spektrum reicht vom Aus- heben des Kabelgrabens und der damit erforderlichen Absicherung der Baustelle über die Gewährleistung der Arbeitssicherheit bei den ver- schiedensten Arbeiten zur Errichtung, Erweiterung und Reparatur von Kabelanlagen bis zur Einhaltung der entsprechenden Vorschriften bei der Prüfung von Kabelanlagen. Um diesem vielfältigen Spektrum in ausreichendem Umfang Rechnung tragen zu können, muss, noch ehe mit den geplanten Arbeiten begon- nen werden darf, eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt werden. Dabei müssen alle voraussehbaren Arbeitsabläufe betrachtet werden. Gerade bei den hier aufgezeigten nicht stationären Arbeitsplätzen sowie bei der Beseitigung von Störungen liegen besondere Gefährdun- gen vor, die auch besonders berücksichtigt werden müssen. Für die dabei ermittelten Gefahren müssen konkrete Arbeitsschutzmaßnahmen festgelegt werden. Das Ergebnis der Gefährdungsbeurteilung und die daraus abgeleiteten Arbeitsschutzmaßnahmen bilden auch die Grund- lage für erforderliche Unterweisungen bzw. Einweisungen. Diese Grundsätze gelten auch für Partnerfirmen der Auftraggeber, die ent- sprechende Tätigkeiten auf Grundlage von Werkverträgen ausführen. Bei der Erstellung von Gefährdungsbeurteilungen können bereits be- stehende Handlungsanleitungen der Arbeitsschutzbehörden der Bun- desländer sowie der Unfallversicherungsträger Hilfestellung bieten. Die wichtigsten Ergebnisse und die daraus abgeleiteten Maßnahmen sol- 259 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 cher Gefährdungsbeurteilungen sind in den nachfolgenden Punkten näher beschrieben. 6.1.1 Unfallverhütung bei Bauarbeiten Die Arbeitssicherheit beginnt mit der ordnungsgemäßen Absperrung und Kennzeichnung der Baustelle vor Beginn der Arbeiten. Dabei sind die jeweils gültigen Vorschriften, z.  B. bei Baustellen auf öffentlichen Stra- ßen die Straßenverkehrsordnung, zu beachten. Von besonderer Bedeutung sind weiterhin die Vorschriften der DGUV Vorschrift 39 „Bauarbeiten“ (früher BGV C 22). So hat der Unternehmer die Pflicht, sich vor Beginn der Bauarbeiten zu erkundigen, ob im vor- gesehenen Arbeitsbereich Anlagen (Kabel, Gasleitungen und andere elektrische Anlagen, wie auch Anlagen mit Explosionsgefahren, u. ä.) vorhanden sind, durch die Personen bei der Arbeit gefährdet werden bzw. die bei den Arbeiten beschädigt werden können. Bei unvermutetem Antreffen derartiger Anlagen sind die Bauarbeiten sofort zu unterbre- chen und der jeweilige Betreiber zu informieren. Zur Sicherung der Baustelle gehört auch je nach örtlichen Gegebenhei- ten der sachgemäße Verbau der Kabelgräben, um dem Abrutschen von Erdmassen vorzubeugen. Entsprechende Richtlinien sind in DIN 4124 „Baugruben und Gräben“ enthalten. Gräben und Schächte sind durch stabile Geländer zu sichern, farbige Absperrleinen oder farbige Bänder können zusätzlich als Warnhinweis eingesetzt werden. 6.1.2 Die fünf Sicherheitsregeln Das kompromisslose Einhalten der fünf Sicherheitsregeln bei Arbeiten an elektrischen Anlagen garantiert wie am Anfang des Kapitel erwähnt, die körperliche Unversehrtheit aller Beteiligten hinsichtlich des Auftretens der Gefahren des elektrischen Stroms und sie sind stets einzuhalten: 1. Freischalten 2. Gegen Wiedereinschalten sichern 3. Spannungsfreiheit feststellen 4. Erden und Kurzschließen 5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder ab- schranken 260 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Beim Freischalten von Kabeln ist zu beachten, dass Einspeisungen von mehreren Punkten aus vorliegen können. So sind alle Ein- bzw. Aus- schaltstellen von Kabelstrecken größer 1.000 V grundsätzlich kurz- schlussfest zu erden, d. h. die Erdungsvorrichtungen müssen die maximal auftretenden Kurzschlussströme sicher beherrschen. Der ver- stärkte Einsatz seit den 1990er Jahren von parallel einspeisenden Er- zeugungsanlagen in das Niederspannungsnetz führte auch zu einem Umdenken bei Arbeiten in Anlagen kleiner 1.000 V. So wird zur Vermei- dung gefährlicher Spannungen empfohlen, generell auch bei Arbeiten im spannungsfreiem Zustand an Niederspannungskabelanlagen an der Arbeitsstelle bzw. so nah wie möglich zu Erden und Kurzzuschließen. Die Wirksamkeit der zweiten Sicherheitsregel „Sichern gegen Wieder- einschalten“ nach dem Freischalten kann in Abhängigkeit der örtlichen Gegebenheiten (u. a. Zutritt durch Laien) z. B. durch entsprechende Ver- riegelungseinrichtungen, Schlüsselschalter oder Warnbänder weiter er- höht werden. Ein Verbotsschild gegen Wiedereinschalten ist ohne Einschränkungen immer gefordert. Die erforderlichen Arbeitsschritte gel- ten für alle Ausschaltstellen. 6.1.3 Sicherheitsmaßnahmen an der Arbeitsstelle Während das Feststellen der Spannungsfreiheit an Kabelanlagen an den Ausschaltstellen mittels geeigneter Spannungsprüfer möglich ist, gestaltet sich dies bei Arbeiten an der Kabelstrecke schwieriger, da der Leiter am ungeschnittenen Kabel nicht zugänglich ist. Entsprechend DIN VDE 0105-100 kann auf das Feststellen der Span- nungsfreiheit verzichtet werden, wenn „das Kabel oder die isolierte Lei- tung von der Ausschaltstelle bis zur Arbeitsstelle verfolgt werden kann, oder das Kabel oder die isolierte Leitung eindeutig ermittelt ist, z.  B. durch Kabelpläne, Bezeichnungen, Kabelsuchgeräte, Kabelauslesege- räte“. Leider hat die Praxis gezeigt, dass es z.  B. infolge fehlerhafter Kabel- pläne oder durch Verwechselungen in Einzelfällen zur Auswahl eines falschen, unter Spannung stehenden Kabels kommen kann. In solchen Fällen kann es dann zu schweren Arbeitsunfällen kommen. Deshalb wurden Geräte entwickelt, mit denen Kabel an der Arbeitsstelle sicher durchtrennt und gezielt kurzgeschlossen werden können. Wird auf diese Weise ein unter Spannung stehendes Kabel geschnitten, so erfolgt eine automatische Abschaltung durch den Netzschutz, ohne dass eine Per- 261 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 sonengefährdung eintritt. Bewährt haben sich zurückliegend so ge- nannte Kabelschieß- bzw. Sicherheitsschneideinrichtungen. Kabelschießgeräte werden nur noch vereinzelt eingesetzt. Bei diesen Geräten wird ein Meißel durch eine Pulverladung in das Kabel getrieben, das Kabel wird abgeschnitten und kurzgeschlossen. Kabelschießgeräte fallen unter das Waffengesetz. Sie benötigen eine Bauartzulassung und sind alle zwei Jahre einer Wiederholungsprüfung zu unterziehen. Bei ihrer Anwendung ist zusätzlich die DGUV Vorschrift 56 (früher BGV D 9) „Arbeiten mit Schussapparaten“ zu beachten. Die dem Unternehmer obliegende Pflicht zur sicheren Aufbewahrung des Gerätes und der Mu- nition, sowohl in der Firma als auch auf der Baustelle, erfordert entspre- chende organisatorische Maßnahmen. Bei Sicherheitsschneideinrichtungen werden die in den Scherkopf ein- gespannten Kabel hydraulisch abgeschnitten, wobei sich der Bedie- nende mit der den Scherkopf antreibenden Pumpe, elektrisch bzw. manuell in sicherer Entfernung von der Arbeitsstelle, also der poten- ziellen Gefahrenstelle, befindet. Bei der Verwendung einer Sicherheits- 262 Bild 6.1 Isoliertes Locheisen und zweipoliger Spannungsprüfer zur Prüfung auf Spannungsfreiheit bei Niederspannungskabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 schneideinrichtung werden in jedem Fall alle eingespannten Kabel- adern sicher durchtrennt und kurzgeschlossen. Gleichzeitig ist das Risiko einer ungewollten Beschädigung benachbarter Kabel erheblich reduziert. Nach dem Einsatz von Kabelschieß- oder Schneidgeräten ist zu prüfen, ob Netzschutzeinrichtungen angesprochen haben. Dazu ist im Hoch- spannungsnetz eine Rückfrage bei der netzführenden Stelle notwendig. Dabei ist zu beachten, dass Schutzmeldungen eventuell wegen tech- nisch bedingter Meldelaufzeiten erst mit Zeitverzögerung registriert wer- den. Im Niederspannungsnetz ist in den benachbarten Stationen zu prüfen, ob Sicherungen ausgelöst haben. An Niederspannungskunststoffkabeln kann die Spannungsfreiheit an der Arbeitsstelle nach dem Entfernen des Außenmantels auch mit einem isolierten Locheisen und einem zweipoligen Spannungsprüfer festge- stellt werden (Bild 6.1). 6.1.4 Arbeiten unter Spannung Gestiegene Anforderungen der Kunden an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aber auch wirtschaftliche Gründe führten zurücklie- gend zu einem verstärkten Einsatz des Arbeiten unter Spannung (AuS) im Niederspannungsbereich. Das sicherste Arbeiten bleibt auch weiter- hin das Arbeiten im spannungsfreiem Zustand. Die Entwicklung der Kabeltechnik, der Arbeitsmittel und der zum Einsatz kommenden Technologien machten es möglich, dass das Arbeiten unter Spannung entsprechend dem Stand der Technik gängige Praxis gewor- den ist und zu einem sicheren Arbeitsverfahren zählt. 6.1.4.1 Gesetzliche Grundlagen Basis für die Beschreibung von Tätigkeiten auch für AuS ist das Arbeits- schutzgesetz. So wird im §4 ausgesagt: „… der Arbeitgeber hat Maß- nahmen mit dem Ziel zu planen, Technik, Arbeitsorganisation, sonstige Arbeitsbedingungen, soziale Beziehungen und Einfluss der Umwelt auf den Arbeitsplatz sachgerecht zu verknüpfen. Gefahren sind an ihrer Quelle zu bekämpfen. Individuelle Schutzmaßnahmen sind nachrangig zu anderen Maßnahmen“. 263 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die Voraussetzungen und Regeln für das Arbeiten an unter Spannung stehenden Teilen sind in den Unfallverhütungsvorschriften DGUV Vor- schrift 3 (früher BGV A 3) „Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“, den dazu gehörenden Regeln DGUV Regel 103-011 (früher BGR A 3) „Ar- beiten unter Spannung an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln“ sowie in DIN VDE 0105-100 festgelegt. Die Anwendung dieser Richt - linien ist seitens der verantwortlichen Führungskräfte durch zweckent- sprechende Arbeitsanweisungen umzusetzen und die Einhaltung dieser Anweisungen ist zu kontrollieren. Die wesentlichen Eckpunkte zur sicheren Durchführung von Arbeiten an unter Spannung stehenden Teilen sind: – Durchführung der Arbeiten nur durch geeignetes, speziell ge- schultes Personal mit einem hohen Kenntnisstand und ausge- prägtem Verantwortungsbewusstsein Als geeignet gelten Elektrofachkräfte und für bestimmte, in den Nor- men genannte Arbeitsvorgänge auch elektrotechnisch unterwiesene Personen, die aufgrund ihrer Ausbildung, Erfahrungen und der Kennt- nis der einschlägigen Bestimmungen in der Lage sind, die ihnen über- tragenen Arbeiten beurteilen und Gefahren erkennen zu können. Sie müssen für diese Arbeiten speziell ausgebildet werden. Die erlangten Kenntnisse sind durch praktische Arbeitsproben sowie eine schriftli- che Prüfung nachzuweisen, und es wird empfohlen, die Befähigung in einem Wiederholungskurs alle 4 Jahre zu bestätigen. Die Berech- tigung für das Arbeiten unter Spannung ist schriftlich zu erteilen. Die Eignung für diese Arbeiten ergibt sich nicht zuletzt auch aus den per- sönlichen Eigenschaften und Verhaltensweisen der Mitarbeiter. Unabhängig von diesen Aussagen trifft der Mitarbeiter vor Ort die end- gültige Entscheidung anhand seiner Einschätzung der vorgefundenen Situation (Anpassung bzw. Erweiterung an vorhandene Gefährdungs- beurteilung), ob die Montage unter Spannung für ihn möglich ist. – Einsatz von Einrichtungen zur Unfallverhütung wie z.  B. isolie- rende Werkzeuge, Körperschutzmittel und Schutzvorrichtungen Durch den Einsatz von geeigneten Einrichtungen ist zu verhindern, dass es durch ungewollte Annäherung an oder Berührung von spannungsfüh- renden Teilen zu einem Lichtbogen oder zu einer Körperdurchströmung und damit zu einer Gefährdung für die ausführende Person kommt. 264 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei der Durchführung der Arbeiten werden isolierende Schutzvorrich- tungen (Matten, Tücher, Folien, Platten) zum Abdecken der unter Spannung stehenden Teile, isolierende Betätigungselemente, Werk- zeuge und persönliche Schutzausrüstung eingesetzt u. a. DIN VDE 0682-512 (DIN EN 61111) („Arbeiten unter Spannung – Elektrische isolierende Matte“ (IEC 61111: 2009); Deutsche Fassung EN 61111: 2009“). Zu den persönlichen Schutzausrüstungen zählen u.  a. Schutzan- züge, Helme mit Gesichtsschutz, Stiefel und Handschuhe. Sie bieten neben dem Schutz vor Körperdurchströmung auch einen Schutz vor den Auswirkungen von Störlichtbögen. Es ist darauf zu achten, dass nur den Normen entsprechende, ge- prüfte persönliche Schutzausrüstungen und Werkzeuge verwendet werden, die den auftretenden Anforderungen auch gerecht werden (Bild 6.2, 6.3 und 6.4). Bild 6.2 Prüfung der Lichtbogen-Schutzklasse APC 1 von Schutz- kleidung (PSAgS) im standardisierten Boxverfahren (EN 61482-1-2) mit gerichtetem Prüflichtbogen (Quelle/Foto: Schau – TU Ilmenau) 265 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 6.3 Standortisolation, Isolierender Schutzhandschuh mit Unter- ziehhandschuh und Elektriker-Gesichtsschutz für Arbeiten unter Spannung Bild 6.4 Werkzeuge für Arbeiten unter Spannung 266 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Erarbeitung und Anwendung eindeutiger Regelungen und tech- nischer, organisatorischer und persönlicher Maßnahmen zur Ge- währleistung der Arbeitssicherheit Für die Durchführung von Arbeiten unter Spannung sind seitens der zuständigen Führungskräfte Betriebsanweisungen zu erarbeiten, die eindeutige Aussagen dazu enthalten, welche Tätigkeiten unter Span- nung durchgeführt werden dürfen. In Arbeitsanweisungen ist zu re- geln, welche Hilfsmittel und Schutzeinrichtungen bei Arbeiten unter Spannung zu verwenden sind. Es ist festzulegen, welche Personen zur Durchführung dieser Arbeiten berechtigt und wie diese Personen auszuwählen und zu qualifizieren sind. Eine große Bedeutung kommt weiterhin der Festlegung der Verantwortlichkeiten bei der Durchfüh- rung der einzelnen Tätigkeiten zu. Die Einhaltung der Betriebsanwei- sungen ist durch geeignete Kontrollen des Personals und der ausgeführten Arbeiten sicherzustellen. Die Aktualisierung der Arbeits- anweisungen bei Erweiterungen des Arbeitsumfanges und bei er- kannten Unzulänglichkeiten ist zu gewährleisten. 6.1.4.2 TOP-Prinzip Es gilt das aus dem Arbeitsschutzgesetz bekannte TOP-Prinzip. Zu al- lererst sind technische Maßnahmen zu finden, danach organisatorische Maßnahmen zu treffen. Weiterhin sollten auch die persönliche Maßnah- men ergriffen werden. Am Beispiel der bei Arbeiten unter Spannung im Niederspannungsnetz eingesetzten sog. Arbeitsschutzsicherungen wird das TOP-Prinzip er- läutert. Bei einer Vielzahl Verteilungsnetzbetreibern ist der Einsatz der Arbeits- schutzsicherungen gelebte Praxis, vor allem in vermaschten Nieder- spannungsnetzen. So werden bei Kabel- und Freileitungsmontagen die normalerweise eingesetzten NH-Sicherungen der Betriebsklasse gG nach VDE 0636-2 in Arbeitsortnähe gegen wesentlich flinkere NH-Si- cherungen mit der Betriebsklasse gR nach VDE 0636-4 ersetzt und eine einseitige Einspeisung hergestellt. An Stellen mit hoher Belastung kön- nen auch superflinke Sicherungen mit einer eine Stromstufe höheren Stromstärke eingesetzt werden. Wird dann bei den Montagearbeiten in- folge eines nicht korrekt ausgeführten Arbeitsschrittes durch den Mon- teur ein Kurzschluss eingeleitet, so schaltet die Arbeitssicherung ca. 20 267 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 mal schneller ab und reduziert die Lichtbogenenergie um ein Vielfaches. Die Praxis hat gezeigt, dass in den meisten Fällen das Montagepersonal während den Arbeiten die Auslösung im Kurzschlussfall nicht bemerkte. Die Arbeitsschutzsicherung trägt die Kennzeichnung als „Arbeitsschutz- sicherung“ und ist durch ihre farbliche Beschriftung „rot“ auch eindeutig von den Standartsicherungen zu unterscheiden (Bild 6.5). Bedingt durch die Auslösekriterien der Arbeitsschutzsicherungen gegenüber der gG- Sicherungen sind diese nur für den vorübergehenden Einsatz geeignet und nach Abschluss der Arbeiten gegen die Standardsicherungen wie- der auszutauschen. Arbeitsschutzsicherungen können mehrfach verwendet werden, solange sie nicht beschädigt sind oder ausgelöst haben. Mit dieser technischen organisatorischen Maßnahme wird für die Dauer der Arbeiten eine Personengefährdung durch einen eventuell auftreten- den Störlichtbogen wirksam vermindert. 268 Bild 6.5 Arbeitsschutzsicherung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 6.1.5 Nichtstationäre Prüfanlagen Die Errichtung und der Betrieb von nichtstationären Prüfanlagen ist in DIN VDE 0104 geregelt. In der DGUV Information 203-048 (früher BGI 5191) wird der Inhalt dieser VDE verständlich und anschaulich erläutert. Detailliert und mit praxisbezogenen Bildern ergänzt, wird auf das Errich- ten und Betreiben von Kabelmesswagen als „Nichtstationäre Prüf - anlagen“ sowie auf Prüfarbeiten mit tragbaren Messgeräten an Kabelanlagen eingegangen. Im Zusammenhang mit Kabelanlagen sind besonders die Regelungen zum Betrieb, also zum Aufbau und zur Durchführung der Messungen und Prüfungen an Kabelanlagen von In- teresse. Der Bereich der nichtstationären Prüfanlage muss durch Absperrungen (Wände, Gitter, Seile) vor dem Zutritt durch unbefugte Personen gesi- chert und der Vorschrift entsprechend beschildert sein. Zwischen der Absperrung und den unter Spannung stehenden Teilen muss ein von der Prüfspannung abhängiger Sicherheitsabstand eingehalten werden. Zur deutlichen Kennzeichnung des Betriebszustands der Prüfanlage wird ergänzend die Verwendung roter Signalleuchten empfohlen. Je nach Netzaufbau bleibt die an das zu prüfende Kabel angelegte Prüf- spannung nicht auf einen eng begrenzten Raum beschränkt, vielmehr werden alle mit dem zu prüfenden Kabel verbundenen Anlagen mit der Prüfspannung beaufschlagt. Deshalb kommt der Abgrenzung und Kenntlichmachung des Gefahrenbereichs bei der Kabelprüfung eine be- sondere Bedeutung zu. Im Zweifelsfall ist eine Absicherung durch Warn- posten notwendig, wobei die Verständigung mit der aufsichtführenden Elektrofachkraft sichergestellt sein muss. In DIN VDE 0104 wird weiterhin gefordert, dass Gefährdungen durch mögliche Restspannungen nach dem Ausschalten der Prüfstromkreise auszuschließen sind. Prüfanlagen müssen daher über geeignete Ein- richtungen zum gefahrlosen Entladen verfügen. Restspannungen kön- nen jedoch auch durch Rückkehrspannungen, die sich aufgrund von Depolarisationserscheinungen des Dielektrikums am Kabel aufbauen, verursacht werden. Es ist daher darauf zu achten, dass die Kabel stets angeschlossen bleiben und nur kurzfristig beim Anschließen bzw. Ab- klemmen der Prüfspannungszuführung abgetrennt sind. Gefährliche Restspannungen können aber auch Isolationsprüfgeräte erzeugen, die vielfach für die Überprüfung von Kabelmänteln verwendet werden. Beim Einsatz dieser Prüfgeräte, die mit Messspannungen bis 5.000 Volt ar- 269 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 beiten, müssen die Kabeladern durch den Einbau von Erd- und Kurz- schließeinrichtungen entladen werden. 6.2 Umweltschutz Der Umweltschutz hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewon- nen. Das zeigt sich deutlich an einer zunehmenden Zahl entsprechender EU-Richtlinien, Gesetze und Verordnungen, die bei Errichtung, Betrieb und Demontage / Entsorgung von Kabelanlagen zu beachten sind [6.1]. 6.2.1 Trassierung, Eingriff in die Natur Bereits bei der Auswahl der zukünftigen Kabeltrasse wird eine möglichst naturschonende Variante angestrebt; dabei werden schützenswerte Ge- biete soweit als möglich berücksichtigt. In den Landesentwicklungsprogrammen (LEP) der Bundesländer wird ausdrücklich eine Bündelung der einzelnen Infrastruktureinrichtungen gefordert. Dementsprechend werden Kabel vorrangig entlang der öf- fentlichen Verkehrswege, d.  h. in Bürgersteige, Seitenstreifen, Straßen- begleitflächen und Böschungen, gelegt. Je nach Landesrecht können für Anlagen ab 110 kV ein Raumordnungs- verfahren sowie eine Umweltverträglichkeitsprüfung vorgesehen sein. Im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung werden die durch die Baumaßnahme und den Anlagenbetrieb auftretenden Auswirkungen auf die Umwelt ermittelt, beschrieben und bewertet. Erforderlichenfalls wer- den landschaftspflegerische Begleitmaßnahmen vorgeschrieben. Sofern die Kabeltrasse außerhalb von Bebauung und abseits von Ver- kehrswegen verläuft, kann eine rechtzeitige Abstimmung mit der zustän- digen Naturschutzbehörde erforderlich sein. In ausgewiesenen Schutzgebieten (Wasser-, Landschafts-, Natur- schutzgebieten), aber auch in den jeweiligen Landeswassergesetzen der einzelnen Bundesländer ist geregelt, ob und gegebenenfalls unter welchen Voraussetzungen Kabel gelegt werden dürfen. Eventuell muss bei der zuständigen Behörde eine Genehmigung beantragt werden. Bei Grabungen in der Nähe von Bäumen sind Wurzelverletzungen zu vermeiden und ist nur geeignetes Rückfüllmaterial zu verwenden, um 270 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Unterversorgung, Krankheit oder sogar Umsturzgefahr des Baumes zu verhindern [6.2]. Bei Kabellegearbeiten im Bereich vorhandener Bäume ist bereits im Planungsstadium zu beachten, dass ggf. keine Aufgrabun- gen im Kronenbereich des Baumes ausgeführt werden sollen. Lässt sich dies nicht verwirklichen, so sind besondere Schutzmaßnahmen erfor- derlich, z. B. Handschachtung innerhalb des Wurzelbereichs. Gegebe- nenfalls sind in Abstimmung mit den zuständigen Behörden Gutachter zur Begleitung der Baumaßnahmen hinzuzuziehen. Auch der Einsatz wurzelschonender Baumethoden wie z.  B. Bohren oder Pressen, ist zu prüfen. Im Bereich von Bäumen ist es vorteilhaft, Kabel in Schutzrohre einzuziehen. 6.2.2 Boden- und Gewässerschutz Aus der Vielzahl der geltenden Gesetze aus dem Umweltrecht sind bei erdverlegten Kabeln z. B. das Bodenschutz- und das Wasserrecht zu beachten. Im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) in der Fassung vom 11.08.2010, das zum Schutz für ober- und unterirdische Gewässer er- lassen wurde, wird in § 62 ausgeführt: „Anlagen zum Lagern, Abfüllen, Herstellen und Behandeln wasserge- fährdender Stoffe sowie Anlagen zum Verwenden wassergefährden- der Stoffe im Bereich der gewerblichen Wirtschaft und im Bereich öffentlicher Einrichtungen müssen so beschaffen sein und so errichtet, unterhalten, betrieben und stillgelegt werden, dass eine nachteilige Veränderung der Eigenschaften von Gewässern nicht zu besorgen ist.“ Diese Aussage des WHG, im allgemeinen Sprachgebrauch als „Besorg- nisgrundsatz“ bezeichnet, ist also sehr weitreichend. Der Anlagenbe- treiber muss bereits dann handeln, wenn lediglich zu befürchten ist, dass von seiner Anlage eine Gewässerverunreinigung ausgehen könnte und nicht erst nach Eintritt eines Schadens dafür sorgen, dass die Fol- gen einer Gewässerverunreinigung minimiert werden. In Hochspannungsnetzen wurden in der Vergangenheit Niederdruck- Ölkabel verwendet, die sich auch heute noch im Bestand befinden. Bei diesem Kabeltyp befindet sich im Inneren des Leiters Isolier-Öl in niederviskoser (dünnflüssiger) Form. Der Inhalt eines einzelnen Sperr- abschnitts zwischen zwei Ölsperrmuffen kann mehrere hundert Liter betragen. 271 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Diese Kabel stellen vor dem Hintergrund des aktuellen Umweltschutz- rechts eine Gefährdung für Böden und Gewässer dar. Sie dürfen jedoch weiter betrieben werden, wenn Beschädigungen mit Ölaustritt so früh wie möglich erkannt und geeignete Gegenmaßnahmen unverzüglich eingeleitet werden. Unabhängig davon, ob das Kabel im Betrieb ist oder außer Betrieb ge- nommen wurde, ist Folgendes zu beachten: – Die Kabelanlage muss mittels einer selbstständigen, sich selbst über- wachenden Einrichtung auf Dichtheit überwacht werden. – Die Meldungen müssen auf einer dauerhaft besetzten Meldestelle eingehen. – Die Kabelanlage muss regelmäßig kontrolliert und diese Kontrollen müssen dokumentiert werden. – Ein Alarm- und Maßnahmenplan zur Bearbeitung etwaiger Störungen muss vorhanden sein und aktualisiert werden. Nach einer Außerbetriebnahme von Niederdruck-Ölkabeln kann es des- halb wirtschaftlich sinnvoll sein, sie aus dem Erdreich zu entfernen. Etwas anders sind Papier-Massekabel zu bewerten, deren Papierisolie- rung mit einer hochviskosen (zähflüssigen) Flüssigkeit getränkt ist [6.3]. Bei einem 20-kV-Kabel mittleren Querschnitts sind im Durchschnitt nur etwa 0,5  l Tränkmasse je Meter Kabel vorhanden, die nahezu vollständig in der Papierisolierung gebunden ist. Diese Kabeltränkmasse ist so zäh- flüssig, dass in einem Schadensfall, wenn überhaupt, nur eine sehr ge- ringe und unbedeutende Menge in das umgebende Erdreich austreten kann. Beim Abkühlen der Masse, also z. B. nach einem Austritt in das Erd- reich oder nach der Außerbetriebnahme des Kabels, erhöht sich die Vis- kosität weiter, die Masse wird zäher. Dadurch wird verhindert, dass sich aufgrund von Beschädigungen eventuell ins Erdreich eindringende Masse ausbreitet. Massekabel können nicht auf Dichtheit überwacht werden, weil die Isoliermasse nicht unter Druck steht und keine entsprechenden Über- wachungseinrichtungen existieren. Daher können Papier-Massekabel auch nach der Außerbetriebnahme ohne Überwachung im Erdreich blei- ben, müssen auch weiterhin in der Dokumentation geführt werden. Kabel, die nicht mehr in Betrieb sind, müssen an den Enden stets verkappt wer- den, um den Austritt von Kabeltränkmasse zu verhindern. Der weitaus überwiegende Teil aller in Deutschland eingesetzten Kabel hat eine Isolierung und einen Mantel aus Kunststoff (in erster Linie VPE, 272 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 PE und PVC). Theoretisch mögliche Schwermetallausscheidungen aus PVC-Kabeln in Form von Bleioxyd, Bleisulfat oder in Form des Umset- zungsproduktes Bleichlorid kommen in der Praxis nicht vor. Untersu- chungen haben gezeigt, dass erst ab einem pH-Wert < 3,0 Spuren dieser Schwermetalle gefunden werden. Solche pH-Werte im Boden sind aber nicht realistisch. Eine ökologische Gefährdung kann damit ausgeschlossen werden. Bei PVC-isolierten Kabeln ist im Brandfall in den dabei entstehenden Rauchgasen mit der Bildung von Chlorwasserstoffen sowie in begrenz- tem Maße auch mit Dioxinen zu rechnen. Die Chlorwasserstoffe im Brandgas sind korrosiv, so dass Schäden an Oberflächen in der Nähe entstehen können. Bei im Erdreich gelegten Kabeln ist jedoch ein offe- ner Brand durch das mangelnde Vorhandensein von Sauerstoff ausge- schlossen und eine Beeinträchtigung/Verschlechterung von Böden und Gewässern nicht zu befürchten. 6.2.3 Energiebilanz Die Betrachtung der Energiebilanz über den gesamten Lebenszyklus eines Kabels ist ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Beurteilung der Umweltfreundlichkeit eines Produktes. Für ein Kabel wird sowohl bei seiner Herstellung, beim Legen, beim Betrieb aber auch bei der Entsor- gung Energie aufgewendet. Die Forderung nach einer langen Lebens- dauer für Kabel von möglichst vielen Jahrzehnten ist deshalb nicht nur eine Kostenfrage, sondern auch im Sinne des Umweltschutzes ein „Muss“. Die im Betrieb aufzuwendende Verlustenergie kann durch die Wahl größerer Kabelquerschnitte verkleinert werden. Dieser Effekt wird in den Wirtschaftlichkeitsrechnungen durch die finanzielle Bewertung der Verluste berücksichtigt. Eine geringe Verlustrate senkt neben dem Eigenbedarf des Netzes ebenfalls den CO2-Ausstoß, was die Umwelt- bilanz verbessert. 6.2.4 Recycling Seit jeher wurden die Metalle, d. h. Kupfer und Aluminium, aus den Ka- belabfällen zurückgewonnen. Dazu wurden früher die Kabelabfälle im offenen Feuer „heiß“ zerlegt, was heute wegen der dabei auftretenden Umweltbelastungen nicht mehr zulässig ist. Gesetzliche Grundlage für die Entsorgung der anfallenden Kabelreste ist das Kreislaufwirtschafts- 273 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 gesetz. Abfälle im Sinne dieses Gesetzes sind alle Stoffe oder Gegen- stände, derer sich ihr Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss. Abfälle zur Verwertung sind Abfälle, die verwertet werden; Abfälle, die nicht verwertet werden, sind Abfälle zur Beseitigung. Neu ist seit der Novellierung des Gesetzes die Abfallhierarchie. Dabei stehen die Maß- nahmen der Vermeidung und der Abfallbewirtschaftung in folgender Rangfolge: 1. Vermeidung, 2. Vorbereitung zur Wiederverwendung, 3. Recycling, 4. sonstige Verwertung, insbesondere energetische Verwertung und Verfüllung, 5. Beseitigung. In den Recycling-Anlagen werden die zu verarbeitenden Kabel je nach Aufbau mit unterschiedlichen Verfahren in die Bestandteile zerlegt und dann die einzelnen Fraktionen weiterverarbeitet [6.3, 6.4]. Auf diese Weise lassen sich nicht nur die Kabel, sondern auch die Garnituren in wieder verwertbare Bestandteile zerlegen. Es empfiehlt sich, zur Vorbe- reitung einer ordnungsgemäßen Verwertung oder Beseitigung die nicht mehr benötigten Kabelreste und das Zubehör bereits an der Arbeits- stelle in geeigneten Behältnissen zu sammeln, um diese dem späteren Verwerter zur abgestimmten Wertstoffgewinnung zuzuführen. Querschnittsstarke Kabel werden bei den Recyclingverfahren in etwa 1 m lange Stücke geschnitten und durch mehrmaliges Schlitzen der Länge nach aufgetrennt und so in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt. Diese Arbeitsweise ist ohne Automatisierung sehr personalintensiv, denn sowohl das Bedienen und Beschicken der Maschinen als auch das Trennen der einzelnen Bestandteile erfolgt fast ausschließlich in Handarbeit. Wirtschaftlich ist diese Arbeitsweise meist dort, wo Kabel mit großen Querschnitten und vielen unterschiedlichen Aufbauelemen- ten anfallen. Weitaus einfacher und weniger personalintensiv ist die Zerlegung von Kabeln, die aus wenigen verschiedenen Materialien und Aufbauelemen- ten bestehen, wie z.  B. NAYY. Diese Kabel werden in Schreddern zer- kleinert. Anschließend werden mit Elektromagneten möglicherweise anhaftende Eisenteile abgeschieden. In einem weiteren Schritt werden die bereits zerkleinerten Kabelteile in einer Schneidmühle in kleinste Teile zerschnitten. Dabei lösen sich die einzelnen Bestandteile, z.  B. 274 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 der Kunststoff der Isolierung und die Metallteile, voneinander und es entsteht eine Mischung aus Kunststoffgranulat und kleinen Metallstücke, die Nuggets genannt werden. In Sortier- und Trennanlagen werden die schweren Metallteile von den leichteren Kunststoffteilen getrennt. Das bei den genannten Verfahren gewonnene Kupfer oder Aluminium ist von höchster Reinheit und kann einer direkten Verwendung zugeführt und somit Energie bei der Gewinnung von neuem Leitermaterial einge- spart werden. Wegen der nicht ausreichenden Reinheit des Kunststoff- granulates eignet sich dieses Material nicht mehr zur Herstellung von Isoliermaterial, sondern in erster Linie zur Herstellung von relativ dick- wandigen und großvolumigen Produkten, bei denen es nicht so sehr auf eine besondere Oberflächenbeschaffenheit ankommt. 6.2.5 Elektrische und elektromagnetische Felder Die seit 1997 geltende „26. Verordnung zur Durchführung des Bundes- Emmissionsschutzgesetzes“ (26. BImSchV) wurde in 2015 überarbeitet. Darin sind u.  a. für gewerblich genutzte Niederfrequenzanlagen mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung größer 1.000 V zulässige Grenzwerte der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Fluss- dichte festgelegt, die nicht überschritten werden dürfen. Nach der Novellierung sind auch bereits vorhandene Anlagen, auch die anderer Netzbetreiber und mit anderen Frequenzen, zu berücksichtigen und in Summe der Anlagen ist eine Überschreitung der Grenzwerte un- zulässig. Neu ist ebenfalls das Minimierungsgebot, gemäß welchem unter Anwen- dung der 26. BImSchV im Zusammenhang mit der 26. BImSchVVwV nachzuweisen ist, dass der Betreiber die Auswirkungen seiner Anlage, unter angemessener Berücksichtigung von technisch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten, so weit wie möglich minimiert hat. In diese Betrach- tung sind bereits vorhandene Anlagen, auch die anderer Netzbetreiber und mit anderen Frequenzen, zu berücksichtigen und in Summe der An- lagen ist eine Überschreitung der Grenzwerte unzulässig. Aufgrund der Anordnung der Kabel – die drei Einzeladern haben nur einen kleinen Abstand – und des Kabelaufbaus – Kabel mit einer Be- triebsspannung größer 1.000 V haben einen geerdeten Schirm – ist bei Kabeln in Stromversorgungsnetzen mit einer Überschreitung der in die- 275 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 ser Verordnung festgelegten Grenzwerte bei ausreichend großer Lege- tiefe und Abstand zu anderen Anlagen nicht zu rechnen. Für nicht genehmigungsbedürftige Anlagen sind alle für eine Anzeige der Anlage erforderlichen Unterlagen, in denen die wesentlichen tech- nischen Daten enthalten sein müssen, zu erarbeiten und der zuständi- gen Behörde auf Verlangen vorzulegen. Die Erarbeitung der Unterlagen muss vor der Inbetriebnahme oder nach einer wesentlichen Änderung erfolgen, wenn die Anlage auf einem Grundstück im Bereich eines Be- bauungsplans oder innerhalb eines im Zusammenhang bebauten Orts- teils oder auf einem mit Wohngebäuden bebauten Grundstück im Außenbereich gelegen ist oder derartige Grundstücke überquert wer- den. Gesondert zu behandeln sind solche Anlagen, die einer Genehmi- gung, Planfeststellung oder sonstigen behördlichen Entscheidung bedürfen, bei der die Belange des Emmissionsschutzes im Genehmi- gungsverfahren berücksichtigt werden. In Einzelfällen können innerhalb abgeschlossener elektrischer Anlagen höhere Feldstärken als in der 26. BImSchV vorgegeben auftreten (z. B. an Ableitungen von Leistungsschaltern, Transformatoren oder Sammel- schienen). Für diese der Öffentlichkeit nicht zugänglichen Bereiche, in denen sich Personen nur mit Einverständnis des Betreibers aufhalten können, ist die DGUV Regel 103-013 (früher BGR B 11) „Elektro - magnetische Felder“ zu beachten. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Expositionsbereich müssen Betriebsanweisungen erstellt und gege - benenfalls Warnschilder angebracht werden. Insbesondere aber sind Personen mit aktiven und passiven Körperhilfsmitteln (z.  B. Herzschritt- machern, Insulinpumpen) auf mögliche Gefahren hinzuweisen und ge- gebenenfalls Zugangsbeschränkungen auszusprechen. 276 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7 Ortung von Kabeln und Fehlerstellen Zum Tagesgeschäft eines Netzbetreibers gehören die Ortung von Ka- beln und die Lokalisierung möglicher Fehlerstellen nach einer Störung. Trotz eines gut geführten, i. d. R. digitalen, Planwerkes kann es z. B. im Zuge von Bauarbeiten erforderlich sein, die genaue Lage der Kabel vor Ort zu bestimmen. Bei einer Häufung von parallel verlaufenden Kabeln müssen einzelne Kabel eindeutig identifiziert werden. Dazu ist im Re- gelfall eine Kabelauslese erforderlich. Trotz hoher Betriebszuverlässigkeit der Kabel und der Garnituren sind Fehler, die zum Ausfall einer Kabelstrecke und gegebenenfalls zu einer Versorgungsunterbrechung führen können, nicht auszuschließen. Zur schnellen Wiederherstellung der Versorgung bzw. des normalen Betriebszustands muss daher bei den Netzbetreibern eine den Netz- verhältnissen angepasste Fehlerortungseinrichtung bereitgestellt werden. 7.1 Kabelortung Bei der Kabelortung wird zwischen Kabeltrassensuche und Kabelaus- lese unterschieden. Die Kabelortung kann im Zuge der Fehlerortung zum Einsatz kommen. Sie kann auch erforderlich werden, wenn z. B. Planunterlagen zu aktualisieren oder Einmessungen vor Ort vorzuneh- men sind. Bild 7.1 Kabeltrassensuche mittels Smartphone und App 277 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Mit Hilfe von IT-Werkzeugen lassen sich Kabelfehler schneller auffinden und die Nachortung mit geringerem Zeitaufwand vornehmen. Moderne Kabelfehlerortungs-Systeme können den Verlauf des Kabels in einer Karte darstellen und die mit der Kabelfehlervorortung ermittelte Stelle anzeigen. Das erleichtert die Orientierung und beschleunigt die Kabel- fehlernachortung. Hilfreich können Apps für Smartphones oder Tablets sein, die mit der Software eines Kabelmesswagens kommunizieren und aus der Ferne das Ein- und Ausschalten der Hochspannung erlauben (Bild 7.1). 7.1.1 Kabeltrassensuche Die Kabeltrassensuche wird eingesetzt zur – Einmessung der Kabel vor Tiefbauarbeiten – Bestimmung der genauen Kabellage bei der Fehlerortung – Ergänzung und Prüfung der Planunterlagen (Netzplan) – Terrainsondierung (Gebietsuntersuchung auf Kabel) Dabei wird zwischen aktiven (mit Sender) und passiven (ohne Sender) Messverfahren unterschieden. 278 Bild 7.2 Kabeltrassensuche mit der Minimum-Methode a) Schematische Darstellung b) Signalverlauf www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei den aktiven Messverfahren wird mit einem Sender eine Frequenz im Bereich zwischen 0,5 kHz und 80 kHz erzeugt. Das Signal wird ent- weder direkt (galvanisch) oder induktiv mit einer Anlegezange oder Rah- menantenne in das zu ortende Kabel eingespeist. Bei der direkten Ankopplung muss die Kabelstrecke freigeschaltet werden, beim Einsatz der Anlegezange oder Rahmenantenne ist dieses nicht erforderlich [7.1]. Ein speziell konstruierter Sender kann auch in einem sogenannten Molch untergebracht und zur Ortung von Rohrleitungen eingesetzt wer- den [7.2]. Auch in Bohrköpfen, wie z. B. beim Spülbohrverfahren, kann auf diese Weise eine Lagebestimmung durchgeführt werden. Bei den passiven Verfahren werden keine Sender eingesetzt. Es können der betriebsfrequente Strom in dem zu ortenden Kabel oder die ohnehin vorhandenen elektromagnetischen Felder, hervorgerufen durch Funkna- vigationssender im Frequenzbereich von 14 kHz bis 22 kHz, genutzt wer- den. Diese Felder, die sich auch aufgrund ihrer geringen Dämpfung im Erdreich ausbreiten, induzieren in vorhandenen Kabeln Wechselströme gleicher Frequenz, die mit einem hochempfindlichen Empfänger gemes- sen werden können. Dieses Verfahren eignet sich besonders, um ein Gebiet auf Kabel hin zu sondieren. Allerdings sind störende Einflüsse, z.  B. durch andere Rohre und Leitungen, zu berücksichtigen [7.3]. 279 Bild 7.3 Kabeltrassensuche mit der Minimum-Methode a) Schematische Darstellung b) Signalverlauf www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Das erzeugte magnetische Wechselfeld wird über der Kabeltrasse mit einer Suchspule festgestellt. Bei senkrechter Lage der Spulenachse (Mi- nimum-Methode, Bild 7.2) erhält man direkt über dem Kabel ein Signal- minimum, bei waagerechter Lage der Spulenachse (Maximum- Methode, Bild 7.3) ein Signalmaximum. Sofern der Sender in einem Molch oder einem Bohrkopf integriert ist, kann mit dem Empfänger des- sen jeweilige Lage punktgenau ermittelt werden. Bild 7.4 Bestimmung der Tiefenlage h eines Kabels a) Schematische Darstellung b) Signalverläufe 280 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 281 281 Bestimmung der Tiefenlage von Kabeln Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren lässt sich auch die Tiefenlage h eines Kabels bestimmen (Bild 7.4). Dazu wird zunächst bei senkrech- ter Stellung der Spulenachse (Messung 0) das Signalminimum direkt über dem Kabel ermittelt. Dann wird die Spulenachse um 45° gekippt (Messung 1) und in seitlicher Richtung zur Trasse ein zweites Minimum festgestellt. Der Abstand a1 zwischen den Positionen der beiden Minima ist die Tiefenlage h. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen und mögliche Fehler durch Beeinflussung des radialen Magnetfeldes durch parallele Kabel oder Eisenteile in der Erde zu vermeiden, sollte die Messung von beiden Seiten ausgeführt und dann zwischen den beiden Messwerten a1 und a2 gemittelt werden. Weichen die beiden Werte stark voneinan- der ab, liegt eine Beeinflussung des Magnetfeldes vor, und es ist eine weitere Analyse der Messungen erforderlich. Vielfach ist bei Messgeräten zur Kabeltrassensuche die Messung der Tiefenlage bereits integriert. Hierzu sind in dem Empfänger mehrere Spulen eingebaut, aus deren Signalen die Tiefenlage des Kabels direkt ermittelt und angezeigt wird. Bei der Minimum-Methode wird die Amplitude des empfangenen Ton- frequenzsignals entlang der Kabeltrasse ausgewertet. Sprunghafte Än- derungen der Signalstärke weisen auf Kabelabzweige oder veränderte Kabellegetiefen hin. Bei der Bestimmung der Tiefenlage wird die Phasenverschiebung des Signals ausgewertet, die sich bei der Einkopplung des Tonfrequenzsig- nals auf parallel gelegte Kabel ergibt. Damit ist eine Unterscheidung zwischen dem mit dem Sender verbundenen Kabel und den anderen parallel geführten Kabeln möglich. 7.1.2 Kabelauslese Bei Kabelhäufungen besteht oft die Notwendigkeit, an der Arbeitsstelle ein bestimmtes Kabel zu identifizieren („auszulesen“). Da diese Kabel- auslese nicht immer aufgrund der Pläne eindeutig möglich ist, werden entsprechende Messverfahren eingesetzt. Neben den beiden im folgen- den Abschnitt näher beschriebenen Messverfahren – Kabelauslese mit Tonfrequenz und Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen –, bei denen eine Freischaltung des auszulesenden Kabels erforderlich ist, sind auch andere Messverfahren verfügbar [7.4, 7.5]. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.1.2.1 Kabelauslese mit Tonfrequenz Bei der Kabelauslese mit Tonfrequenz wird das magnetische Nahfeld um ein mehradriges Kabel ausgewertet. Dazu wird ein Tonfrequenzge- nerator an zwei Adern des auszulesenden Kabels angeschlossen, die am anderen Ende miteinander verbunden sind. Mit Hilfe einer Auslesespule, die radial direkt am Außenmantel um die einzelnen Kabel geführt wird, erfolgt die Kabelauslese (Bild 7.5). Bei dem mit dem Tonfrequenzsignal beaufschlagten Kabel ergibt sich je nach Lage der Auslesespule zu den Adern – abwechselnd um 90° ver- setzt – ein Signalmaximum oder ein Signalminimum. Bei den anderen Kabeln tritt dieser Wechsel nicht auf. Bild 7.5 Kabelauslese mit Tonfrequenz a) Schematische Darstellung b) Positionen der Auslesespule bei der Messung Signalminimum bei Position 1 und 3 Signalmaximum bei Position 2 und 4 282 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.1.2.2 Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen Bei diesem Verfahren (Bild 7.6) werden Gleichstromimpulse auf einen am Ende geerdeten Leiter eines ein- oder mehradrigen Kabels gegeben. Der Strom vom Gleichstromimpulsgenerator fließt zum anderen Kabel - ende nur über den angeschlossenen Leiter. In der umgekehrten Rich- tung teilt er sich dagegen auf das Erdreich und alle angeschlossenen Schirme auf. Gegebenenfalls kann durch eine Unterbrechung der Rück- leitung am zu suchenden Kabel das Messsignal verbessert werden. In die Stromwandlerzangen werden beim Umgreifen der jeweiligen Kabel entsprechende Impulse induziert und auf ein Anzeigegerät mit Richtungsanzeige geführt. Die Stromwandlerzangen haben einen Richtungspfeil, der auf das geerdete Leiterende zeigen muss, wobei alle Geräte unverwechselbare Anschlüsse haben müssen. Die Richtungs- anzeige des Messinstruments liefert die Aussage über das gesuchte Kabel, indem andere, an der gleichen Stelle liegende, Kabel eine klei- nere entgegengesetzte oder keine Anzeige aufweisen. Die Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen gilt als zuverlässiges Ver- fahren, da sowohl die Richtung als auch die Höhe des Signals ausge- 283 Bild 7.6 Wirkungsweise der Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 wertet werden. Durch die Taktung des Gleichstromimpulses kann sicher- gestellt werden, dass auch tatsächlich das gesendete Signal und kein Fremdsignal gemessen und ausgewertet wird [7.6]. 7.1.2.3 Phasenbestimmung an Mittelspannungskabeln Bei der Muffenmontage oder der Einschleifung einer neuen Mittelspan- nungsstation müssen die einzelnen Adern bzw. Außenleiter des Mittel- spannungskabels bestimmt werden. Diese Zuordnung wird Phasen- bestimmung genannt. Die dafür durchzuführende Messaufgabe ent- spricht einer Ader- bzw. Außenleiterauslese. Bei der Phasenbestimmung an Mittelspannungskabeln mit den bisher überwiegend eingesetzten Methoden, z. B. mit Widerstandsmessgerät oder Sprechgarnitur, muss die Kurzschließung und Erdung aufgehoben werden. Gerätehersteller haben in letzter Zeit Verfahren entwickelt, die ohne Aufhebung der Erdung und Kurzschließung der Kabelstrecke aus- kommen [7.7, 7.8]. Diese Messverfahren funktionieren folgendermaßen: An der geerdeten und kurzgeschlossenen Ausschaltstelle werden an den dort bekannten Außenleitern L1, L2, L3 mit Hilfe von Sendezangen Signale in die Ka- beladern eingespeist. Ein Empfangsgerät, das nacheinander an die Adern des Kabels an der Montagestelle angeschlossen wird, wertet diese Signale aus und zeigt jeweils die Zuordnung zu den Außenleitern L1, L2 oder L3 an. 7.2 Fehlerortung Ausgehend von früheren „klassischen“ Fehlerortungsverfahren mit ver- schiedenen Messschaltungen wurden seit Anfang der 1970er Jahre neue Verfahren und Messeinrichtungen entwickelt, die eine einfachere, schnellere und genauere Kabelfehlerortung ermöglichen. Im Folgenden werden die heute gebräuchlichsten Messverfahren beschrieben [7.9, 7.10, 7.11, 7.12, 7.13]. Bei allen Messungen sind die maximal zulässigen Spannungen entspre- chend DIN VDE 0276 zu beachten. Kabelfehler können sehr unterschiedliche Ursachen haben: 284 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Fertigungsfehler – unsachgemäßer Transport und unsachgemäße Lagerung – Fehler bei der Kabellegung – Montagefehler – mechanische Beschädigungen – Umwelteinflüsse – Schäden durch thermische Überbeanspruchung – Schäden durch Überspannungen – Fehler durch Alterung Nach Meldung einer Kabelstörung sollte zunächst die Kabeltrasse kon- trolliert werden. Dabei kann oft festgestellt werden, ob Baumaßnahmen die Ursache der Störung waren. Wenn der Fehler so gefunden wird, er- übrigt sich eine aufwändige Fehlerortung. Bei den Messungen zur Fehlerortung können außergewöhnliche Betriebs- zustände auftreten, wie z. B. hohe Prüfspannungen, was ein Gefährdungs- potenzial darstellen kann, da Kabelenden – je nach Prüf verfahren – nicht geerdet und nicht kurzgeschlossen sind. Bei allen Messungen müssen die Sicherheitsregeln nach DIN VDE 0104 und DIN VDE 0105 eingehalten werden (siehe auch Abschnitt 6.1). Weiterhin ist zu beachten, dass nicht alle Messverfahren gleichermaßen zur Lokalisierung der durch die o. g. Fehlerursachen ausgelösten Fehlerstellen geeignet sind. Durch o. g. Fehlerursachen können nachfolgend aufgeführte und in DIN VDE 0102 behandelte Fehlerarten ausgelöst werden (Bild 7.7): – Erdschluss bzw. Erdkurzschluss – Doppelerdschluss – Kurzschluss – Unterbrechung – Kombinationen dieser Fehlerarten Erdschluss (gelöschtes oder isoliert betriebenes Netz) bzw. Erdkurz- schluss (geerdetes Netz) ist die leitende Verbindung eines Außenleiters mit Erdpotenzial. Doppelerdschluss umfasst zwei Erdschlüsse auf unterschiedlichen Au- ßenleitern mit räumlich getrennten Fußpunkten. Er kann bei isolierten und gelöschten Netzen im Erdschlussbetrieb auftreten, wenn ein zweiter Erdschluss hinzukommt. Dieser wird häufig durch die Spannungsanhe- bung der ungestörten Leiter infolge des ersten Erdschlusses ausgelöst. 285 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kurzschluss ist eine galvanisch hoch- oder niederohmige Verbindung von zwei oder mehreren Außenleitern an einer Fehlerstelle. Unterbrechung ist die Trennung eines Leiters oder mehrerer Leiter, z. B. durch Abbrand oder mechanische Einwirkung. Bild 7.7 Schematische Darstellungen der Fehlerarten 286 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei immer wiederkehrenden, nur zeitweise bestehenden Fehler spricht man von „intermittierenden“ oder „arbeitenden“ Fehlern. Zur Bestimmung der Fehlerart sind nachstehende Messungen durch- zuführen: – Untersuchung auf Erd- oder Kurzschluss: Hierzu wird der Isolationswiderstand Außenleiter gegen Außenleiter und Außenleiter gegen Erdpotenzial mit einem Widerstandsmessge- rät gemessen. Bei intermittierenden Fehlern ist die Messung gege- benenfalls mit einer Prüfeinrichtung unter Beachtung der zulässigen Prüfspannung durchzuführen. – Untersuchung auf Unterbrechung: Hierzu wird der Schleifenwiderstand Außenleiter gegen Außenleiter bei entsprechend kurzgeschlossenen Außenleitern am Kabelende gemes- sen. Als weitere Messmethode eignet sich das Reflexionsverfahren. 7.2.1 Vorortung von Kabelfehlern Nach Feststellung eines Fehlers wird zunächst der Fehlerort mit den nachstehenden Vorortungs-Messverfahren so genau wie möglich ermit- telt. Die erreichbare Genauigkeit der Ortung hängt von der Messunsi- cherheit des verwendeten Vorortungsgerätes sowie den nicht immer genau bekannten physikalischen Eigenschaften der betroffenen Kabel und der Genauigkeit der Planunterlagen ab. Unter Einbeziehung aller Einflussgrößen ist bei der Vorortung mit einer Unsicherheit von ca. ± 5 % der ermittelten Länge zu rechnen. Die auf der Messung von ohmschen Widerständen und von Kapazitäten beruhenden Fehlerortungsverfahren, die so genannten klassischen Mess verfahren, wurden im Bereich der Energietechnik durch das Re- flexionsverfahren abgelöst. 7.2.1.1 Reflexionsverfahren Beim Reflexionsverfahren, auch Impuls-Echo-Verfahren genannt, wer- den Reflexionen von hochfrequenten Impulsen an Stellen mit Wellen- 287 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 widerstandsänderungen (z. B. Fehlerstelle, Muffe, Kabelende) aus- ge wertet. Dieses Verfahren eignet sich zur Vorortung von niederohmi- gen Fehlern und von Unterbrechungen. Es werden in periodischer Folge elektrische Impulse geeigneter Form und Größe zur Fehlerstelle gesendet. Der Impuls wird bei jeder Wellen- widerstandsänderung reflektiert und kehrt als Echoimpuls zum Kabel- anfang zurück (Bild 7.8). Das Reflexionssignal wird auf einem Bildschirm dargestellt. Bei moder- nen Geräten ist zum Adervergleich eine Speicherung der Messsignale möglich. Die zeitliche Verschiebung zwischen dem Impuls und dem Re- flexionssignal gibt die Laufzeit des Impulses vom Kabelanfang zur Feh- lerstelle und zurück an. Die Fehlerentfernung x ergibt sich dann zu: x = ½ · tx · v (7.1) mit v = c0/√εr, Ausbreitungsgeschwindigkeit des Impulses c0 Lichtgeschwindigkeit (≈ 300 m/μs) εr Relative Permittivität des Isolierstoffes tx Impulslaufzeit Bei Leitungsunterbrechungen hat der Echoimpuls eine positive Ampli- tude, bei Erd- oder Kurzschluss eine negative. Auswertbare Reflexionen gibt es bei Leiterunterbrechungen oder bei Fehlerwiderständen bis zu etwa 300 Ω. Für hochohmige Fehlerwiderstände sind für die Vorortung die in Abschnitt 7.2.1.2 beschriebenen Verfahren einzusetzen. Durch Vergleich einer fehlerfreien mit der fehlerbehafteten Ader ist eine eindeutige Bestimmung des Fehlerorts möglich. Typische Impulsver- läufe sind in Bild 7.8 schematisch ohne Berücksichtigung einer mögli- chen Dämpfung des Echoimpulses dargestellt. Bild 7.9a zeigt beispielhaft ein typisches Messbild. Dargestellt sind die beiden Messkurven für eine fehlerfreie und eine fehlerbehaftete Ader, wobei die Fehlerstelle durch die Abweichung der Messkurven charak- terisiert wird. Diese kann dann am Auswertegerät eingemessen werden. Weiterentwicklungen der Auswerteverfahren erleichtern dem Messtech- niker die Fehlerstellenerkennung durch eine automatisierte Auswertung. In Bild 7.9b zeigt das mit einem aktuellen System ermittelte Messbild. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt von der relativen Permittivität 288 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 289 εr des Isolierstoffes der Ader ab (siehe auch Tabelle 2.8). Einige Bei- spiele für Ausbreitungsgeschwindigkeiten bei verschiedenen Isolier - stoffen sind in Tabelle  7.1 angegeben. Bei Kabelstrecken mit unterschiedlichen Isolierstoffen sind für die Auswertung der Messung auch die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Teilab- schnitte zu berücksichtigen. Bild 7.8 Schematische Darstellungen der Impulse des Reflexions - verfahrens a) Fehlerfreie Ader mit offenem Ende b) Fehlerbehaftete Ader mit Kurzschluss c) Überlagerte Darstellung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 7.9a Schematisches Messbild eines fehlerbehafteten Kabels (überlagerte Darstellung der Impulse des Reflexions - verfahrens) Bild 7.9b mit aktuellem Verfahren ermitteltes Messbild (Quelle: Megger) 290 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.2.1.2 Messverfahren für hochohmige Fehler Die im Folgenden beschriebenen Verfahren werden zur Vorortung von hochohmigen Fehlern eingesetzt, wobei jeweils mit einer geeigneten Hochspannungsquelle am Fehlerort ein Lichtbogen gezündet wird. Der dadurch erzeugte kurzzeitige niederohmige Fehler (Lichtbogen) wird entweder über die Aufzeichnung der reflektierten Signale mit Hilfe eines geeigneten Koppelkondensators oder durch die Aufzeichnung der tran- sienten Strom- oder Spannungsverläufe der jeweiligen Hochspannungs- quelle lokalisiert. Lichtbogen-Stoßverfahren Bei diesem Vorortungsverfahren wird zunächst ein Reflexionsbild der Ader mit hochohmigem Fehler aufgezeichnet. Dann wird ein Stoßvor- gang mit gleichzeitiger Reflexionsmessung durchgeführt (Bild 7.10) und die Tatsache ausgenutzt, dass der Lichtbogen eine starke Verringerung des Widerstands an der Fehlerstelle bewirkt [7.14, 7.15]. Mit Hilfe eines Energietrennfilters, der die Messimpulse des Reflexions- verfahrens von den Hochspannungsimpulsen trennt, kann eine Reflexi- onsmessung durchgeführt werden. Auf dem Anzeigegerät wird das Impulsbild der Ader ohne und mit Lichtbogen an der Fehlerstelle darge- stellt und es kann die Laufzeit tx bestimmt werden. Bei diesem Verfahren wird keine Vergleichsader benötigt. Wenn dieses Vorortungsverfahren zur Verfügung steht, erübrigt sich in der Regel der Einsatz von Fehler- wandlungsgeräten (Brenngeräte), die dazu dienen, hochohmige in nie- derohmige Fehler zu wandeln. Durch einen zusätzlichen Stoßvorgang kann eine höhere Energie in den Lichtbogen eingespeist werden, um die Brenndauer und Stabilität des 291 Tabelle 7.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit v von Impulsen bei ver- schiedenen Isolierstoffen Isolierstoff Ausbreitungsgeschwindigkeit m/μs Papier-Masse 156 ... 170 PVC 150 ... 160 PE 170 ... 172 VPE 168 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Lichtbogens am Fehlerort zu erhöhen. Durch Erhöhung der Amplitude des Messimpulses kann eine Verbesserung der Vorortung insbesondere bei langen Kabeln erreicht werden. Falls die Zündung des Lichtbogens durch den Stoßvorgang nicht er- reicht wird, kann eine Zündung durch eine Gleichspannungsquelle mit deutlich höherer Spannung hervorgerufen werden, um dann anschlie- ßend eine Aufzeichnung der reflektierten Signale vorzunehmen. Stromimpuls-Verfahren Beim Stromimpuls-Verfahren (Bild 7.11) wird ein Stoßkondensator mit Gleichspannung aufgeladen und über eine Funkenstrecke in das feh- lerhafte Kabel entladen. Dieser Impuls wird an der Fehlerstelle reflektiert und es wird eine gedämpfte Wanderwelle zwischen Kabelanfang und Fehlerstelle erzeugt. Mit Hilfe eines induktiv angekoppelten Reflexions- messgerätes, auf dessen Anzeigegerät das Reflexionsbild des Stoß- stromes dargestellt wird, kann durch Messung der Laufzeit tx der Fehlerort bestimmt werden [7.16]. Die Perioden dauer entspricht der Im- pulslaufzeit tx zwischen Kabelanfang – Fehlerstelle – Kabelanfang. Spannungsgekoppeltes Ausschwingverfahren Beim Ausschwingverfahren (Bild 7.12) wird am fehlerbehafteten Kabel eine Gleichspannung so lange erhöht, bis ein Überschlag an der Feh- lerstelle auftritt und eine Reflexionswelle auslöst, die zu den Kabelenden läuft. Zur messtechnischen Erfassung dieses Vorganges wird am Ka- belanfang ein Reflexionsmessgerät über einen Ankopplungskondensa- tor angeschlossen. Auf der Anzeige des Gerätes wird eine periodisch verlaufende Schwingung sichtbar. Aus der Impulslaufzeit tx (Perioden- dauer) ergibt sich die Entfernung zwischen Fehlerstelle und Kabelan- fang. Die Periodendauer entspricht der Impulslaufzeit tx zwischen Kabelanfang – Fehlerstelle – Kabelanfang. Beim Stromimpuls- und Ausschwingverfahren entsprechen die Reflexi- onsbilder nicht dem gewohnten Bild für niederohmige Fehler, so dass die Anwendung dieser beiden Verfahren eine gewisse Erfahrung erfor- dert. Der Messunsicherheit beider Verfahren ist in der Regel ± 5 %. 292 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 7.10 Lichtbogen-Stoßverfahren a) Prinzipschaltbild b) Gemessene Impulsverläufe mit und ohne Lichtbogen an der Fehlerstelle c) mit aktuellem Verfahren ermitteltes Messbild (Quelle: Baur) 293 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 7.11 Stromimpuls-Verfahren a) Prinzipschaltbild b) Gemessener Impulsverlauf c) mit aktuellem Verfahren ermitteltes Messbild (Quelle: Baur) 294 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 7.12 Spannungsgekoppeltes Ausschwingverfahren a) Prinzipschaltbild b) Gemessener Impulsverlauf c) mit aktuellem Verfahren ermitteltes Messbild (Quelle: Baur) 295 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.2.1.3 Messverfahren mit automatischer Wiederzuschaltung Nach Auslösen der Sicherung im Fehlerfall muss zur Wiederversorgung der Kunden die defekte NH-Sicherung manuell ersetzt werden. Speziell bei intermittierenden Fehlern erfolgt die Auslösung der Sicherung in un- regelmäßigen Abständen und erfordert einen hohen Arbeitsaufwand. Bei dem Messverfahren mit automatischer Wiederzuschaltung wird nach Auslösung einer Sicherung in die bestehende NH-Halterung ein fern- steuerbares Schaltelement eingesetzt. Es agiert als Sicherungsersatz und hält die Versorgung des Kunden auch während eines intermittie- renden Fehlers aufrecht. Der Sicherungswert wird hierzu direkt an der Kontrolleinheit eingestellt (Bild 7.13). Das Gerät simuliert die Auslöse- charakteristik von allen NH-Schmelzsicherungen von 25 A bis 400 A. Nach jedem Fehlerereignis löst das Gerät wie eine Schmelzsicherung aus, schaltet aber nach kurzer Zeit die Verbraucher wieder zu, so dass Versorgungsunterbrechungen minimiert werden. Die Zuschaltungsart ist herstellerspezifisch realisiert. Der Anlagenverantwortliche erhält z. B. per SMS eine Info über die Auslösung des Schaltelementes und kann ferngesteuert in die automatische Wiederzuschaltung eingreifen. Bild 7.13 Schematische Darstellung eines Messverfahrens mit automatischer Wiederzuschaltung (Quelle: CAMLIN) 296 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 3-ph. Spannungsmessung und Auslösung • eich bis 2 km Messber • NS-FEHLER TUNG FÜR INTERMITTIERENDE TDR FEHLEROR TRANSFLEKT om 400 A Dauerstr • TEILNETZEN NS-VER EFFIZIENTES FEHLERMANAGEMENT IN AKTER AUTO-RECLOSER FÜR A KOMP REZAP MODULAR Ideale Ergänzung z • Überwachung und • - keine zusätzliche eb Se Integrierter W • Erfasst TDR Daten v • p p g ortung mit REZAP or zur SELF-V ne Betrieb aus der Fer e notwendig Anwendersoftwar erver end und nach einem Fehler , währ vor g g VERSORGUNGSNETZE ACHUN A INTELLIGENTE ÜBERW Überwachung und Betrieb aus de • n Fehlerstoßen zur exakten Fehler • ortung mit verbessert 3-ph. 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Anhand der Trassenpläne, die heute in der Regel als digitales Planwerk im Messwagen zur Verfügung stehen, wird dieser Punkt im Gelände bestimmt. Ausgehend von dieser Stelle wird mit den Nachortungs-Messverfahren der Fehlerort punktgenau fest- gestellt. In besonderen Fällen, z. B. bei kurzen Kabelstrecken, kann die Vorortung entfallen und der Fehlerort unmittelbar mit einem Nachor- tungs-Messverfahren ermittelt werden. 7.2.2.1 Tonfrequenzverfahren Bei diesem Verfahren wird ein tonfrequenter Wechselstrom in das feh- lerbehaftete Kabel eingespeist. Zum Nachweis des dadurch entstehen- den elektromagnetischen Feldes wird eine Suchspule verwendet, die an der Kabeltrasse entlanggeführt wird. Die in die Spule induzierte Spannung wird auf ein Messinstrument und einen Kopfhörer übertragen. Man erhält eine optische und eine akustische Anzeige. Durch niederoh- mige Kurz- oder Erdschlüsse wird das durch den tonfrequenten Wech- selstrom aufgebaute elektromagnetische Feld gestört und kennzeichnet somit genau den gesuchten Fehlerort. 298 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Minimumtrübungs-Verfahren Beim Minimumtrübungs-Verfahren (Bild 7.14) wird der Tonfrequenzge- nerator an den fehlerbehafteten Leiter und den Kabelschirm oder den metallenen Mantel angeschlossen. Längs der Kabelstrecke ist dann un- mittelbar über dem Kabel ein ausgeprägtes Signalminimum festzustel- len. An der Fehlerstelle tritt infolge des Stromflusses vom Leiter zum Schirm bzw. Mantel eine Störung des Feldlinienverlaufs ein. Diese Feld- änderung hat ein Ansteigen des Signals – die so genannte Minimum- trübung  –  zur Folge. Hinter dem Fehlerort ist das Feld wieder unverändert vorhanden. Für den Erfolg dieses Verfahrens ist es wichtig, eine genügend genaue Vorortung vorzunehmen, da Störungen des Feldlinienverlaufs auch durch Muffen und im Erdreich befindliche Eisen- teile, z. B. Kreuzungen von Rohrleitungen, verursacht werden können. Bild 7.14 Prinzipdarstellungen des Minimumtrübungs-Verfahrens a) Prinzipieller Aufbau b) Schematische Darstellung des Messsignals 299 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Drallfeld-Methode Voraussetzung für die Anwendung der Drallfeld-Methode ist ein nieder- ohmiger Fehler zwischen zwei Leitern in der Größenordnung von 1 Ω. Ausgenutzt wird bei dieser Methode der vorhandene Drall (Schlag) der Adern in einem Mehrleiterkabel, vorzugsweise Niederspannungskabel. Der Tonfrequenzgenerator wird an die zwei fehlerbehafteten Adern an- geschlossen. Es ergibt sich der in Bild 7.15 dargestellte Signalverlauf entlang des Kabels. Der für die Messung erforderliche Drall der Adern ist im Bild nicht dargestellt. Die Maxima und Minima des Messsignals entsprechen dem Drall der Adern. Über der Fehlerstelle erhält man eine Signalerhöhung. Die Suchspule kann mit der Achse waagerecht oder senkrecht eingesetzt werden. Es ergeben sich gleichartige, jedoch pha- senverschobene Messsignale. Dieses Messverfahren ist für große Legetiefen ungeeignet, da das Messsignal mit zunehmender Tiefe stark abnimmt. Wegen der beschriebenen Voraussetzungen und Einschränkungen kommt dieses Messverfahren heute nur noch selten zum Einsatz. Bild 7.15 Drallfeld-Methode a) Prinzipieller Aufbau b) Schematische Darstellung des Messsignals 300 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.2.2.2 Stoßspannungsverfahren In Gegensatz zum Tonfrequenzverfahren ist beim Stoßspannungsver- fahren als akustisches Verfahren Voraussetzung, dass an der Fehler- stelle ein Überschlag entsteht, d. h. dass der Fehler keine leitende Verbindung darstellt. In Bild 7.16 ist das Stoßspannungsverfahren dargestellt. Ein Stoßspan- nungsgenerator wird an die defekte Kabelader angeschlossen. Der in das Kabel einlaufende Stoßspannungsimpuls löst an der Fehlerstelle einen Überschlag mit einem starken Entladungsgeräusch (Schallwellen) aus, das oberirdisch mit Hilfe eines Körperschallmikrofons und nachge- schaltetem Detektor akustisch wahrgenommen werden kann. Dort, wo das Entladungsgeräusch am lautesten ist, befindet sich die Fehlerstelle. Zusätzlich kann die Intensität des Schallsignals quantitativ mit Hilfe eines Messinstruments am Detektor angezeigt werden [7.17]. Bei verrohrten Kabelstrecken ist wegen der Schallübertragung in Längs- richtung der Rohre die akustische Nachortung schwierig. Neuere Emp- fänger, die neben dem akustischen auch das elektromagnetische Signal Bild 7.16 Stoßspannungsverfahren a) Prinzipieller Aufbau b) Schematische Darstellung des Messsignals 301 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 auswerten, erleichtern in diesen Fällen die punktgenaue Nachortung. Werden beide Signalarten (akustisch und elektromagnetisch) zur Mes- sung verwendet, spricht man von der Schall-Laufzeit-Messmethode. Dieses Messverfahren wird wegen seiner hohen Zuverlässigkeit in der Praxis bevorzugt eingesetzt. Akustische Störungen, hervorgerufen z. B. durch den Straßenverkehr, spielen dann nur noch eine untergeordnete Rolle [7.18]. Um eine Nachortung auch bei Leiterunterbrechungen durchführen zu können, muss die Stoßspannung zwischen den Enden der fehlerbehaf- teten Ader angelegt werden. Wegen der räumlichen Entfernung wird dazu eine fehlerfreie Ader als Hilfsleitung benutzt, indem an einem Ka- belende eine leitende Verbindung (Brücke) zwischen der fehlerbehafte- ten Ader und der als Hilfsader verwendeten fehlerfreien Ader hergestellt wird. Aus Sicherheitsgründen ist der Kabelschirm zu erden und in den Messaufbau mit einzubeziehen. Handelsüblich sind Stoßspannungsgeräte bis 32 kV. Insbesondere bei Feh- lern mit Erdberührung an ungeschirmten Kabeln kann es zu hohen Schritt- spannungen an der Erdoberfläche kommen, die eine Gefahr darstellen. 7.2.3 Ortung von Mantelfehlern mit dem Schrittspannungs- verfahren Das Schrittspannungsverfahren setzt voraus, dass nur an der Fehler- stelle eine leitende Verbindung zwischen Leiter und Erdreich bzw. Schirm und Erdreich vorhanden ist [7.19]. Das Verfahren kann also nicht zur Ortung von Fehlern an erdfühligen Mänteln (Massekabel) angewen- det werden. Vorzugsweise wird das Schrittspannungsverfahren bei der Mantelfeh- lerortung an Kunststoffkabeln angewendet. Die entsprechenden Geräte werden deshalb auch Mantelmessgeräte genannt. Bei Mantelfehlern an Kabeln mit großen Längen wird eine Vorortung durchgeführt. Für diese Vorortung sind ein Spannungsmessgerät mit Milli volt-Bereich und eine Gleichspannungsquelle bis etwa 5 kV erforder- lich, die auch für die anschließende Nachortung benutzt werden kann. Bei der Vorortung werden bei einem konstanten Strom auf dem Schirm bei zwei getrennten Messungen die Spannung U1 auf dem vorderen 302 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Schirmabschnitt zwischen Kabelanfang und Fehler und die Spannung U2 auf dem hinteren Schirmabschnitt zwischen Fehler und Kabelende ermittelt. Dazu müssen am Ende des Kabels zwei Außenleiter mit dem Schirmende der fehlerbehafteten Ader verbunden werden (Bild 7.17) [7.20]. Die Teilspannungen U1 und U2 verhalten sich zueinander wie die Stre- cken L1 zu L2, so dass bei bekannter Kabellänge Lg der Fehlerort wie folgt errechnet werden kann: L1 = Lg · (7.2) Moderne Geräte zeigen direkt das Längenverhältnis L1/Lg an. Bei diesem Verfahren liegt die Messunsicherheit bei ca. ±  2 % der Ge- samtlänge. Bei Auftreten mehrerer Fehler am gleichen Kunststoffmantel kann es zu Fehlmessungen kommen. Zwischen dem abgetrennten Schirm und Erde wird eine Gleichspan- nung oder eine tonfrequente Wechselspannung angelegt. Dabei fließt an der Fehlerstelle ein Strom ins Erdreich, der an der Erdoberfläche U1 U1 + U2 Bild 7.17 Prinzipielle Darstellung der Mantelfehler-Vorortung 303 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 einen Spannungstrichter bildet. In der Praxis hat sich die Messung mit Gleichspannung durchgesetzt (Bild 7.18). Zur Fehlerortung wird dann zwischen zwei Sonden (Erdspieße) über der Trasse die Spannungsdifferenz abgegriffen. Die Annäherung an die Fehlerstelle zeigt sich bei diesem Verfahren zunächst durch einen An- stieg der abgegriffenen Spannung. An der Fehlerstelle selbst ergibt sich dann ein Polaritätswechsel. Die beiden Sonden müssen bei der Ortung stets gleichsinnig aufgesetzt werden und sollten deshalb markiert sein. Die Messung kann auch mit Gleichspannungsimpulsen durchgeführt werden, um Fremdbeeinflussungen zu vermindern. Bild 7.18 Mantelfehler-Nachortung a) Prinzipielle Darstellung b) Schematisches Messsignal 304 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.2.4 Vorgehensweise bei der Fehlerortung Grundsätzlich wird bei der Fehlerortung in folgenden Schritten vorge- gangen: 1. Kontrolle Es wird festgestellt, ob der Fehler durch sichtbare äußere Einwirkun- gen, z. B. Baumaßnahmen, entstanden ist. 2. Messtechnische Kontrolle Isolationswiderstand und Durchgang des betroffenen Kabels werden gemessen. Aufgrund der Messergebnisse wird die Fehlerart bestimmt und das einzusetzende Ortungsverfahren festgelegt. 3. Brennen Gegebenenfalls wird bei hochohmigen Fehlern an papierisolierten Kabeln die Fehlerstelle durch Verkohlen der Isolierung niederohmig „gebrannt“, allerdings wird das Brennverfahren nur noch selten an- gewendet. 4. Vorortung Die Entfernung der Fehlerstelle vom Kabelanfang (Anschlusspunkt der Messeinrichtung) wird ungefähr bestimmt und in das Planwerk übertragen. 5. Kabelortung Der genaue Kabelverlauf im Bereich der vorgeorteten Fehlerstelle wird bestimmt. 6. Nachortung Der Fehlerort wird punktgenau bestimmt und markiert. Anschließend wird die Tiefenlage des Kabels ermittelt und erst danach können die Reparaturarbeiten eingeleitet werden. In Kabelnetzen entstehen an allen Abzweigen und Kabelenden Teilrefle- xionen, die eine Auswertung bei der Vorortung mit dem Reflexionsverfahren sehr erschweren. Bei kurzen Kabellängen kann in Niederspannungsnetzen im Allgemeinen auf die Vorortung verzichtet werden. Sofern die Nachortung mit dem Stoßspannungsverfahren durchgeführt wird, ist es notwendig, alle Kundenanlagen durch Ziehen der Hausanschlusssicherung frei- zuschalten. Ist der meist innenliegende Hausanschlusskasten nicht zugänglich, muss notfalls der Hausanschluss getrennt werden. 305 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Ein Verfahren, das die Kapazität des verwendeten Stoßkondensators und den Induktivitätsbelag des defekten Kabels berücksichtigt, ermög- licht eine zuverlässige Vorortung [7.21]. Voraussetzung für den Einsatz dieses Verfahrens ist die Kenntnis des Kabeltyps der fehlerbehafteten Kabelstrecke. Tabelle 7.2 zeigt eine Übersicht der Ortungsverfahren und deren Ein- satzbereiche. 7.3 Einzelgeräte zur Fehlerortung Die Anschaffung oder der Einsatz eines Kabelmesswagens ist z.  B. bei kleinen Netzen mit wenigen Kabelstörungen oder bei unwegsamem Ge- lände (Bergstrecken) nicht sinnvoll. In solchen Fällen kommen üblicher- weise folgende Einzelgeräte zur Fehlerortung zum Einsatz: 306 Tabelle 7.2 Übersicht und Zuordnung der Ortungsverfahren Kabelfehlerortung Mantelfehler - ortung Erd- oder Kurzschluss Unterbrechung niederohmig hochohmig Vor - ortung Reflexions- Verfahren Schrittspan- nungsverfahren (Erdschluss) Lichtbogen-Stoß- verfahren mit Re- flexionsbewertung Stromimpuls-Ver- fahren Spannungsgekop- peltes Ausschwing- verfahren Schrittspannungs- verfahren (Erd- schluss) Reflexions- Verfahren Schritt - spannungs- Verfahren Nach - ortung Tonfrequenz- Verfahren Stoßspannungs- Verfahren Stoß - spannungs- Verfahren Schritt - spannungs- Verfahren Schrittspan- nungsverfahren (Erdschluss) Schrittspannungs- verfahren (Erdschluss) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Isolationsmessgerät – Reflexions-Messgerät zur Vorortung (kann bei kurzen Kabelstrecken entfallen) – tragbares Stoßspannungsgerät (Empfehlung: Gerät mit mindestens 10 kV Stoßspannung) und Bodenmikrofon zur Nachortung – Kabelmantel-Messgerät (Schrittspannungsverfahren) zum Einsatz in Netzen mit kunststoffummantelten Kabeln Beim Anschluss von Einzelgeräten sind die DIN VDE 0104 und die DIN VDE 0105 zu beachten. Weitere Hinweise sind in Abschnitt 6.1 ent- halten [7.22]. 7.4 Kabelmesswagen Im Kabelmesswagen sind die für die Fehlersuche erforderlichen Geräte fest eingebaut. Dadurch wird die Rüstzeit wesentlich verkürzt und die Ar- beitssicherheit erhöht. Nachfolgend werden Auswahlkriterien für das Fahr- zeug und für die Messeinrichtung sowie Hinweise für den Anschluss des Kabelmesswagens gegeben. In der DGUV 203-048 (BGI 5191) werden die Vorgehensweise und die Verantwortlichkeiten beim Betrieb von Kabel- messwagen ausführlich beschrieben, welche zwingend einzuhalten sind. 7.4.1 Fahrzeug Bei Spezifizierung des Fahrzeuges sind zwischen Netzbetreiber und Messwagenhersteller u. a. folgende Überlegungen anzustellen: – Welche Messeinrichtungen sind erforderlich? (Nennspannung des Netzes, Ausstattung und Anzahl der Messgeräte, Anordnung der Ge- räte) – Ist ein zusätzlicher Antrieb für die Stromerzeugung erforderlich? – Wie hoch sind das Gesamtgewicht der Messeinrichtungen und die zulässige Zuladung? Wie verteilt sich das Gewicht auf die Fahrzeug- achsen? – Wie groß ist der Platzbedarf für die Messeinrichtungen und den Stau- raum für zusätzliche Geräte? – Wird eine Ablage für persönliche Schutzausrüstung, Kleidung und Pläne benötigt? – Empfiehlt sich der Einbau einer Standheizung und einer Wärmeiso- lierung? 307 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – Wird ein Sitzplatz für einen Beifahrer benötigt? – Welche Führerscheinklasse wird benötigt? (EU-Führerschein mit neuer Gewichtszuordnung, früher PKW-Führerscheinklasse 3 bis 7,5 t, jetzt PKW-Führerscheinklasse B bis 3,5 t.) – Ist ein Navigationsgerät erforderlich? Bild 7.19a Kabelmesswagen Anschlussraum (Quelle: Bayernwerk) Bild 7.19a zeigt den Anschlussraum und Bild 7.19b den Messgeräte- raum eines Kabelmesswagens. 308 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 309 Bild 7.19b Kabelmesswagen Messgeräteraum (Quelle: Bayernwerk) Neben diesen Überlegungen ist die Handhabung des Fahrzeugs im je- weiligen Einsatzgebiet, z.  B. beim Rangieren in Innenstädten, zu be- rücksichtigen. Der Trend geht in den letzten Jahren zu kleineren Fahrzeugen, was durch den vermehrten Einsatz der Elektronik bei den Messgeräten und durch die Modulbauweise begünstigt wird. 7.4.2 Einrichtung Ein Messwagen sollte in jedem Fall folgende Grundausstattung haben: – Spannungsquelle für die einzusetzenden Prüfverfahren – Reflexions-Messgerät zur Vorortung – Stoßspannungsgerät und Bodenmikrofon zur Nachortung – Systemschalter einpolig mit menügeführter Anwahl – Messkabel einpolig www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – zusätzliche Einzelgeräte für Isolationsmessung, Trassensuche und Kabelauslese sowie zur Fehlerortung mittels Schrittspannungsver- fahren (Kabelmantel-Messgerät) – Funkgerät bzw. Mobiltelefon Der Kabelmesswagen benötigt eine Stromversorgung mit Niederspan- nung. Wenn eine Speisung aus dem Netz nicht möglich ist, muss eine mobile Stromerzeugung mitgeführt werden. Für weitergehende Aufgaben können zusätzliche Geräte, z. B. für Mas- sekabel, erforderlich sein: – Brenngerät – Anlage für Lichtbogenstoßverfahren zur Vorortung von hochohmigen Fehlern – Tonfrequenzgenerator und Empfänger zur Nachortung – Kabeldiagnosegerät – Systemschalter dreipolig mit menügeführter Anwahl – Messkabel dreipolig Kabelmesswagen werden hinsichtlich der Anordnung der Hochspan- nungsgeräte unterschieden in: – gekapselte Bauweise und – offene Bauweise. Bei der gekapselten Bauweise sind Hochspannungserzeuger, Schalt- geräte und Kabelspule so aufgebaut, dass die aktiven Teile während der Messung nicht zugänglich sind. Zusätzliche Trennwände oder Tür- verriegelungen im Messwagen sind bei dieser Bauweise nicht erforder- lich. Die einzige zugängliche spannungsführende Stelle ist das Ende des Messkabels. Bei der offenen Bauweise sind im Messwagen hochspannungsführende Teile zugänglich. Hier sind Trennwände erforderlich, die den Messwa- gen in einen Bedienraum und einen Hochspannungsraum unterteilen. Weiterhin muss der Hochspannungsraum mit Türkontakten abgesichert sein. Wegen des geringeren Isolationsaufwandes bei den Geräten und der damit verbundenen Gewichtsminderung hat sich die offene Bau- weise am Markt durchgesetzt. 310 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 7.4.3 Anschluss des Kabelmesswagens Nach DIN VDE 0104 bzw. DGUV 203-048 (BGI 5191) stellt ein Kabel- messwagen eine nichtstationäre Prüfanlage dar und ist als Prüfplatz mit zwangsläufigem Berührungsschutz zu verstehen. Die entsprechenden DIN-VDE-Bestimmungen und die Betriebsanweisungen des Kabel- messwagenherstellers sind zu beachten. Ein Personenschutz ist gewährleistet, wenn bei der Anschaltung des Messwagens nachstehende Reihenfolge eingehalten wird: 1. Schutzerdungsseil des Kabelmesswagens nach Vorschrift mit Stati- onserde verbinden und somit Verbindung zwischen Fahrzeugge- häuse und Stationserde schaffen 2. Fehlerspannungs-Messsonde (FU-Sonde) neben Fahrzeug ins Erd- reich treiben und mit Anschlussleitung Potenzialüberwachung des Messwagens verbinden 3. Netzspannung anlegen 4. Messkabel mit Prüfling verbinden, Schirm des Messkabels direkt am Kabelmantel anschließen Die Trennung des Messwagens vom Prüfling erfolgt sinngemäß in um- gekehrter Reihenfolge. 311 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 312 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 8 Diagnoseverfahren zur Zustandsbewertung von Mittelspannungskabelnetzen Die Mittelspannungskabelnetze stellen einen bedeutenden Anteil des Anlagevermögens der Netzbetreiber dar. Mit zunehmendem Alter der Kabelnetze besteht für den Netzbetreiber verstärkt die Aufgabe, durch geeignete Diagnoseverfahren zu prüfen, ob die Kabelanlagen weiterhin eine ausreichende Betriebszuverlässigkeit besitzen. Dabei gilt zu be- rücksichtigen, ob die Kabelanlagen – durch Wartungsmaßnahmen ertüchtigt werden können – oder in die Planung für den Austausch von Einzelabschnitten aufge- nommen werden müssen – oder komplett ersetzt werden müssen. Für eine komplette Zustandsbewertung durch den Anwender sind neben dem globalen dielektrischen Zustand der Isolierung auch lokale Fehl- stellen zu betrachten. Dabei dürfen Messdaten nicht als alleinige Entscheidungsgrundlage für die weiteren Festlegungen herangezogen werden, sondern müssen mit vorliegenden Erfahrungen abgeglichen werden. Erst nach der gemeinsamen Bewertung der Messdaten und spezifi- schen Netzbetreiberdaten ist eine Kabeldiagnose möglich, und an Hand von geeigneten Klassifizierungen (z. B. gut, mittel, schlecht) können Er- satzmaßnahmen priorisiert werden. Grundsätzlich darf die Anwendung von Diagnoseverfahren keine Schä- digung oder gar Zerstörung der Kabelanlage zur Folge haben. Unter diesen Aspekten werden nachfolgend die bereits in der Praxis ange- wendeten Methoden beschrieben. Siehe auch Abschnitt 5.4.2. 8.1 Dielektrische Diagnoseverfahren Der Zustand der Isolierung von Kabeln wird durch normale Alterung im Laufe der Betriebsjahre, äußere Einwirkungen wie z.  B. das Eindringen von Feuchtigkeit sowie durch normale und außergewöhnliche Betriebs- belastungen wie z. B. Überlast oder Überspannungen beeinflusst. Die erwartete Lebensdauer von Energiekabeln wird allgemein mit 40 bis 50 Jahren angegeben. Viele papierisolierte Kabel sind ohne Probleme we- 313 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 sentlich länger in Betrieb. Dagegen mussten viele VPE-Kabel der ersten Generation durch die bekannten water-tree-Probleme schon nach 15 bis 20 Jahren ausgetauscht bzw. saniert werden. Die Verfahren zur dielektrischen Zustandsbestimmung sind auf die spe- zifischen physikalischen Eigenschaften der Papierisolierung und der VPE-Isolierung abzustimmen. Dielektrische Diagnoseverfahren können nicht zwischen einer lokal begrenzten Schädigung und einer globalen Minderung der Isolationseigenschaften im gesamten Kabelsystem un- terscheiden. Somit ist es generell nicht möglich, eine Ortsbestimmung von z.  B. partiell besonders stark geschädigten Isolierungsabschnitten durchzuführen. In der Praxis werden deshalb je nach Situation zur Ein- grenzung der schlechten Kabelabschnitte Messungen an Teillängen durchgeführt. An den zunehmend gemischt ausgeführten Kabelstre- cken (Papier-Masse oder VPE-Isolierung) ist eine eindeutige dielektri- sche Beurteilung nicht möglich, da das Er gebnis vom Zustand der Isolierung der Papier-Massekabelstrecken dominiert wird. Lediglich an Papier-Massekabeln mit kurzen Reparaturstücken mit VPE-Kabeln kann der Zustand der Papierisolierung diagnostiziert werden. Bei der Anwendung von dielektrischen Diagnoseverfahren sind der Ein- fluss von resistiven und refraktiven Feldsteuerungen in Endverschlüssen und Muffen sowie die Eigenschaften der Isolierwerkstoffe der Garnituren zu beachten. Insbesondere bei Anwendung höherer Messspannungen (mehrfaches von U0) ist der Einfluss der Ableitungen durch Kriech- ströme an Endverschlüssen und von Teilentladungsaktivitäten in den entsprechenden Fehlstellen nicht zu vernachlässigen. 8.1.1 Diagnose auf Basis der Verlustfaktormessung (tan--Messung) Der Winkel  zwischen dem idealen kapazitiven Strom und dem kom- plexen Strom wird maßgeblich vom ohmschen Ableitstrom der Isolierung bestimmt, aber auch die verschiedenen Polarisationsmechanismen tra- gen zu dem Verlustwinkel bei (Bild 8.1). Als technische Kenngröße wird der Verlustfaktor tan  für papierisolierte Systeme (Trafos, Wandler, Kabel) schon seit einem Jahrhundert ver- wendet. Der tan  bei trockenen ölimprägnierten Papierisolierungen liegt im Neu- zustand bei 50 Hz im Bereich von 10-3. Er steigt im Laufe des Betriebes 314 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 durch natürliche Alterungsprozesse an, vor allem durch Zellulosezerset- zung und damit verbundene Freisetzung von Wasser. Das Eindringen von externer Feuchte – z.  B. durch Korrosion der Metallmäntel – verur- sacht eine lokale Durchfeuchtung und damit erhöhte Ableitströme, was zu einem Anstieg des tan  auf Werte bis zu 10-1 und höher führen kann. Der tan  ist generell von der Temperatur des beurteilten Isoliervolumens und der Frequenz der benutzten Prüfspannung abhängig (Bild 8.2). Dementsprechend sind die Prüfsequenzen für die Diagnosemessung auszulegen und die Beurteilung der Messergebnisse vorzunehmen. Bei Hochspannungskabeln mit massegetränkter bzw. ölimprägnierter Isolierung wird der tan  bei 50 Hz zur Bestimmung der zulässigen Strombelastbarkeit der Kabel verwendet. Kabel mit hohen dielektrischen Verlusten können nur mit geringeren Übertragungsleistungen betrieben werden, um Wärmedurchschläge zu vermeiden. Bei diesen Kabeln be- einflussen auch Teilentladungen die Höhe des tan--Wertes. PE- und VPE-isolierte-Kabel mit homopolymerer Isolierung haben im Neuzustand tan--Werte im Bereich 10-5 bis 10-4. Durch die bekannten water-tree-Effekte steigt die Leitfähigkeit der Isolierung, was sich in einem Anstieg der tan--Werte widerspiegelt. Es gibt langjährige Erfah- rungswerte der tan--Bewertung bei Beanspruchung mit 0,1-Hz-Prüf- 315 Bild 8.1 Ersatzschaltbild zur Charakterisierung von Isolierungen R0, C0 Ableitwiderstand und Kapazität der Isolierung RP, CP Widerstand und Kapazität der Polarisationsmecha- nismen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 8.2 tan  in Abhängigkeit von der Temperatur [8.1] Bild 8.3 tan--Verlauf in Abhängigkeit der Spannung und des Feuchtezustandes einer VPE-Isolierung 316 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 317 spannung (VLF = very low frequency) an VPE-Mittelspannungskabeln der ersten Generation [8.2]. Daraus wurden Kriterien für die Zustands- bewertung abgeleitet: Kabel in gutem Zustand: tan  (bei 2 · U0) < 1,2 · 10-3 bzw. tan  ändert sich bei der Spannungs - erhöhung von U0 auf 2 · U0 um weniger als 0,6 · 10-3 Kabel in schlechtem Zustand: tan  (bei 2 · U0) > 2,2 · 10-3 bzw. tan  ändert sich bei der Spannungs - erhöhung von U0 auf 2 · U0 um mehr als 1,3 · 10-3 Die erhöhte Leitfähigkeit einer durchfeuchteten VPE Isolierung führt zum Ansteigen des tan  und kann während der Spannungserhöhung von U0 auf 2  · U0 auch zum Durchschlag der Isolierung führen. Dabei ist in der Regel ein nichtlinearer Verlauf des tan  während der Spannungs- steigerung festzustellen (Bild 8.3). Die VPE-Kabel nach aktueller DIN-VDE-Norm sind an der extrudierten äußeren Leitschicht zu erkennen. Diese Kabel sind überwiegend mit einem Isoliercompound verschiedener Polymere ausgeführt, der so ge- nannten Copolymerisolierung. Diese VPE-Kabel haben, bedingt durch die Eigenschaften des Isoliermaterials, bereits im Neuzustand einen tan  > 2,2 · 10-3 [8.3]. Dieses ist bei der Diagnosemessung an Kabeln der heutigen Generation und an alten VPE-Kabeln mit längeren Repa- ratursegmenten neuer Kabel zu beachten. 8.1.2 Diagnose im Zeitbereich Die Strom- bzw. Spannungsantwort einer Isolierung nach einer definier- ten Formierung mit geringer Gleichspannung wurde bereits um 1915 untersucht und bis heute stetig weiterentwickelt. Das Kabel wird über eine definierte Formierzeit mit einer Gleichspan- nung beaufschlagt, danach erfolgt eine Entladung in 5 s über einen Ent- ladewiderstand, und anschließend wird die sich an den Messklemmen aufbauende Wiederkehrspannung aufgezeichnet (Bild 8.4). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 318 Bild 8.4 Formierung, Entladung und Relaxationsstrom- bzw. Wieder- kehrspannungsverlauf 8.1.2.1 Diagnose auf Basis Wiederkehrspannungsmessung (RVM) Imprägnierte Papierisolierungen sind mit dem klassischen Ersatzschalt- bild (Bild 8.1) sehr gut nachzubilden. Die Polarisationsprozesse und deren Zeitkonstanten sind aus Grundlagenuntersuchungen der RVM- Technologie (RVM: Return Voltage Measurement) an Transformatoren, Wandlern und papierisolierten Kabeln bekannt. Für die Feuchtebestim- mung in Transformatoren und Wandlerisolierungen wurden spezielle Messprozeduren entwickelt. An Kabel mit massegetränkter bzw. ölim- prägnierter Isolierung sind solche oftmals zeitaufwändigen Messabläufe nicht erforderlich. Die verschiedenen Kabellängen und Messtempera- turen erfordern dennoch eine speziell angepasste Messabfolge, um re- produzierbare Messergebnisse zu erhalten [8.4]. Die RVM-Messung an Papier-Masse Kabeln erfolgt in einer dreiphasig parallelen Reihenmessung bei 1 kV und 2 kV (Gleichspannung). Aus dem Verlauf der Wiederkehrspannungskurve ist der Zustand der Papier- Isolierung zu erkennen (Bild 8.5). Eine langsam ansteigende Wieder- kehrspannung mit einem sehr langsamen Abklingen nach dem Maximum charakterisiert eine trockene Isolierung. Bei einem schnellen Anstieg der Kurve bis zum Maximalwert und schnellem Abklingen ist von einem hohen Feuchtegehalt in der Isolierung auszugehen. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 8.6 RVM Feldmessung; Kurvenparameter und Ergebnisse der Q- und p-Faktoren Bild 8.5 Typische Wiederkehrspannungsverläufe für Papierisolierun- gen: (R) trocken, (S) moderat feucht, (T) nass 319 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Als objektive Bewertungskriterien wurden die beiden Bewertungsfakto- ren Qa- und p-Faktor entwickelt: Qa-Faktor: Dieser Wert wird von der Messsoftware aus dem Anstieg SR (siehe Bild 8.4) der Wiederkehrspannungskurven bei 1 kV und 2  kV berechnet. Qa = SR (2 kV)/SR (1 kV) (8.1) Qa < 1,65 hoher Feuchtegehalt; nasse Isolie- rung meist durch externe Einflüsse) 1,65 < Qa < 1,86 moderater Feuchtestatus; in der Regel normale Alterung; Feuchtigkeit durch Zelluloseabbau Qa > 1,86 trockene Papierisolierung p-Faktor: Dieser Wert wird aus den Parametern Maximalwert der Span- nung, Steilheit und Zeitpunkt des Maximums der RVM-Kurve (Bild 8.4) berechnet [8.4]. p = URmax/SR · tRmax (8.2) p < 0,1 trockene Papierisolierung 0,1 < p < 0,2 moderater Feuchtestatus; in der Regel normale Alterung; Feuchtigkeit durch Zelluloseabbau p > 0,2 hoher Feuchtegehalt; nasse Isolie- rung meist durch externe Einflüsse Die Wiederkehrspannung sowie die berechneten Qa- und p-Faktoren von zwei Messungen sind in Bild 8.6 dargestellt. 8.1.2.2 Diagnose auf Basis Relaxationsstrommessung (IRC-Analyse) Polymere Isolierstoffe besitzen aufgrund ihrer amorph/kristallinen Struk- tur natürliche Haftstellen für Ladungsträger. Weitere Haftstellen sind die 320 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 321 Grenzflächen der Leitschichten von Kabeln und die durch Alterung (u.  a. water-treeing) entstandenen Materialveränderungen. Diese Haftstellen haben unterschiedliche energetische Niveaus und daraus resultierend unterschiedliche Entladezeitkonstanten, auch als 1-, 2- und 3-Berei- che bezeichnet (Bild 8.7) Für die Diagnose an PE-/VPE-isolierten-Ka- beln wurde die isotherme Relaxationsstrom-Analyse (IRC: Isothermal Bild 8.8 IRC-Kurven von VPE-isolierten Kabeln mit verschiedenen Alterungszuständen Bild 8.7 Haftstellen und Entladezeitkonstanten von polymerisolier- ten Kabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bild 8.9 Ergebnis einer IRC-Analyse an VPE-isolierten Kabeln mit Alterungsklassifizierung und Restfestigkeitsprognose 322 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Relaxation Current) von der Universität Wuppertal in Kooperation mit Kabelherstellern Anfang der 1990er Jahre entwickelt und wissenschaft- lich abgesichert. Die Entladestromverläufe von VPE-Kabeln mit unterschiedlichem Alte- rungszustand sind bei fortschreitender Alterung durch zunehmende Stromanteile im Bereich größer 100 Sekunden (3-Bereich) charakteri- siert (siehe Bild 8.8). Auf der Basis von IRC-Messungen, welche bei Kabelherstellern parallel zum VDE-Langzeittest durchgeführt wurden, und den dazu vorliegenden Steptest-Ergebnissen konnte eine Expertendatenbank aufgebaut wer- den. Zusätzlich wurden an einer Vielzahl von betriebsgealterten Kabel- stücken im Labor IRC- und Restfestigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Damit steht dem Anwender eine Wissensbasis für eine objektive Bewer- tung von IRC-Analysen zur Verfügung [8.5; 8.6]. Einschränkend ist zu erwähnen, dass die Analysen bei möglichst gleicher Temperatur durch- geführt werden müssen, da die Temperatur einen Einfluss auf den Ver- lauf des Relaxationsstromes hat. Als Ergebnis der IRC-Analyse kann die untersuchte Kabelstrecke in eine Alterungsklasse eingeordnet (neu, gealtert, alt oder kritisch) und eine Restfestigkeitsprognose anhand des Vergleiches mit der Expertenda- tenbank erstellt werden. In dem in Bild 8.9 dargestellten Beispiel einer Messung an den drei Leitern eines Drehstromkabels werden zwei Leiter als kritisch, ein Leiter als alt/kritisch eingestuft. 8.2 Teilentladungsdiagnose Unter Teilentladung ist allgemein der elektrische Teildurchschlag eines Isoliersystems zu verstehen, wobei nur ein begrenzter Bereich der ge- samten Isolierstrecke zwischen den Elektroden überbrückt wird. Die Erfassung, Ortung und Bewertung von Teilentladungen (TE) in der Isolierung und den Garnituren von Mittelspannungskabeln bietet die Mög- lichkeit zur Früherkennung von Schwachstellen und damit möglichen Be- triebsstörungen der Kabelanlagen, wobei eine Differenzierung zwischen den Kabeln und den Garnituren notwendig ist. Um eine möglichst genaue Beurteilung des Gefährdungsgrades von TE-Fehlstellen vornehmen zu können, sollte die Frequenz der Belastungsspannung bei einer TE-Diag- nose im Bereich der Netzfrequenz liegen. Die typischen TE-Parameter 323 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 324 wie Ein- und Aussetzspannung, TE-Pegel und TE-Pattern entsprechen dann den unter Betriebsbedingungen relevanten Werten. Andererseits sollen durch die Diagnosemessung keine irreversiblen Schädigungen und damit Zustandsverschlechterungen der Prüfobjekte eintreten. In Kabeln sind TE-Fehlstellen in der Regel ionisierungsfähige, gasge- füllte Hohlräume, welche entweder bereits bei der Herstellung der Iso- lierung entstanden, durch mechanische Beschädigung oder durch fehlerhafte Montageprozesse in den Muffen oder Endverschlüssen ver- ursacht wurden (Bild 8.10). Auch thermische Degradationsprozesse in Muffen mit unsachgemäß ausgeführten Leiterverbindungen können ebenfalls wie betriebs- und alterungsbedingte Fehlstellen Teilentladun- gen generieren. Teilentladungen können auch entstehen, wenn die elektrische Festigkeit des jeweiligen Isolierwerkstoffes durch die beanspruchende elektrische Feldstärke lokal überschritten wird – z.  B. durch große water trees oder unebene Leitschichten am Innenleiter eines PE/VPE-Kabels. Dabei kommt es zum irreversiblen Materialaufbruch, dem so genannten „elect- rical treeing“ (Bild 8.11). In dem homogenen Isolierwerkstoff PE/VPE können electrical trees auch bei Betriebsfeldstärken mit ca. 0,2 mm/h in Richtung Gegenelektrode vorwachsen, sodass im Kabel innerhalb weniger Tage ein kompletter Durchschlag erfolgt [8.2, 8.7]. Bild 8.10 TE-Kriechspuren an unsachgemäß geschälter Aderober - fläche eines VPE-Kabels www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 325 Water trees selbst verursachen keine Teilentladungen, so dass die TE- Diagnose für die Zustandsbeurteilung water-tree-behafteter PE/VPE- Isolierungen nicht geeignet ist. In Kabeln mit massegetränkter bzw. ölimprägnierter Isolierung und deren Garnituren existiert dagegen ein völlig anderes TE-Verhalten. In der geschichteten und imprägnierten Papierisolierung treten in schlecht imprägnierten Bereichen lokal verteilt Teilentladungen auf, welche durch Masse- bzw. Öl-Wanderung bei thermischen Lastwechseln auch wieder verlöschen können. Durch Teilentladungen entstandene Karbonisierun- gen wirken als leitfähige Brücken, sodass die Potentialunterschiede „kurzgeschlossen“ werden und die Teilentladungen wieder aussetzen. Durch die Barrierewirkung der geschichteten Papierisolierung wird die Ausbreitung von TE-Kanälen stark behindert, so dass Papierkabel auch über viele Jahre hinweg mit Teilentladungen in der Isolierung betriebs- sicher sein können. Ein ähnliches Verhalten ist in ölgefüllten Muffen festzustellen. Leergelau- fene Masse-Endverschlüsse sind dagegen unmittelbar betriebsgefährdet. Hier fehlt die zur Selbstheilung nachfließende Masse bzw. das Isolieröl. Aus einer Vielzahl von TE-Messungen an PE/VPE-Kabeln und Papier- Masse-Kabeln liegen Erkenntnisse und Erfahrungen zur Einschätzung der Gefährdung der jeweiligen Isoliersysteme durch TE vor. Bild 8.11 Electrical tree initiiert durch water tree www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 326 8.2.1 Prämissen der TE-Diagnose vor Ort Grundsätzlich sind für eine Beurteilung des TE-Verhaltens einer Kabel- anlage drei Parameter wichtig: die TE-Einsetzspannung Ui, die TE-Aus- setzspannung Ue sowie der TE-Pegel. TE-Einsetzspannung Ui: Die TE-Einsetzspannung wird durch stufen- weise oder kontinuierliche Spannungserhöhung ermittelt. Ui ist die Spannung, bei welcher erste periodisch auftretende Teilentladungen oberhalb eines bestimmten Pegels einsetzen. Die Empfindlichkeit des Messsystems und der vorherrschende Grundstörpegel während der Messung beeinflussen die Ermittlung der Einsetzspannung Ui. TE-Aussetzspannung Ue: TE-Fehlstellen weisen oftmals ein Hysterese- verhalten bezüglich der Einsetz- und Aussetzspannung auf, d.  h. die Teil- entladungen verlöschen erst deutlich unterhalb der TE-Einsetzspannung. Für die Beurteilung des Gefährdungsgrades von TE-Fehlstellen ist der Wert der Aussetzspannung Ue ein wichtiges Beurteilungskriterium. Ue muss oberhalb der im Betrieb auftretenden Spannungen liegen. TE-Pegel: In der Regel wird die Impulsladung bei Nennspannung U0 als Beurteilungskriterium benutzt. Es gibt bereits gute Erfahrungswerte, um in Abhängigkeit von U0, dem Ort der TE-Fehlstelle (Kabel, Muffe, Endver- schluss), der Art der Isolierung des Kabels und der Bauform der Garnituren den Gefährdungsgrad für die Betriebszuverlässigkeit einzuschätzen [8.8, 8.9]. Ergänzend kann auch die Häufigkeit der TE-Impulse zur Bewertung der Gefährlichkeit einer TE-Fehlstelle herangezogen werden. Eine phasenaufgelöste Darstellung der TE-Pegel über eine bestimmte Messzeit bietet für typische Fehlstellenarten die Möglichkeit des Ver- gleiches mit so genannten „Fingerprints“. Für GIS-Anlagen und Maschi- nen existieren heute geeignete Charakterisierungen. Für Kabelanlagen sind dagegen Fingerprints von einer Vielzahl von Einflussfaktoren ab- hängig, sodass derzeit keine gesicherten Korrelationen möglich sind, aber dennoch nützliche Zusatzinformationen abgeleitet werden können. Es ist darauf zu achten, dass die Messempfindlichkeit bei der TE-Mes- sung auch von der Kabeldämpfung und der Kabellänge abhängt. Für den Netzbetreiber sind die nachstehenden Prämissen zur Beurtei- lung der Kabelanlagen von Bedeutung: – Bei Nennspannung U0 sollte die Kabelanlage unter Berücksichtigung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 der Empfindlichkeit des Messsystems und des zulässigen TE-Pegels TE-frei sein. – Für Kabel in gelöschten Netzen dürfen bis 1,7 · U0 (Spannung der nicht betroffenen Leiter bei Erdschluss) keine Teilentladungen auftre- ten – Für die TE-Diagnose sollte eine Spannungsform benutzt werden, wel- che vergleichbare TE-Parameter (Ein- und Aussetzspannung und TE- Pegel) erzeugt wie die 50-Hz Betriebsspannung. – Die Spannungsbelastung bei der TE-Diagnose soll die vorhandenen Fehlstellen zur TE-Generierung anregen, um diese zu detektieren, die Ladungsintensität zu erfassen und den Ort der Fehlstelle zu lo- kalisieren. – Die TE-Diagnose soll zerstörungsfrei erfolgen, d.  h. es dürfen keine zusätzlichen Fehlstellen mit TE-Generierung in Form von electrical trees initiiert werden. – Bei Verwendung betriebsfrequenter oder ähnlicher Spannungsformen sollte die Spannungssteigerung bei der Diagnose bis max. 1,7 · U0 begrenzt werden. Damit ist das Risiko einer Schädigung der Isolie- rung minimal. – Bei Verwendung deutlich abweichender Spannungsformen (z.  B. 0,1- Hz oder Resonanzkreise sowie schwach gedämpfte oszillierende Spannungen) sollten Kenntnisse vorliegen, ob und wie die gewonne- nen Messergebnisse auf die 50-Hz-Beanspruchungen übertragen werden können. 8.2.2 Erzeugung der Prüfspannung für die TE-Diagnose vor Ort Für die TE-Diagnose ist eine 50-Hz-Sinusspannung am besten geeig- net. Für die Erzeugung einer Spannung vor Ort gibt es Resonanzprüf- anlagen mit variabler Induktivität oder variabler Frequenz. Diese Systeme werden wegen ihrer Größe, Gewicht und Kosten im Wesentli- chen von Kabelherstellern oder speziellen Dienstleistungsunternehmen eingesetzt. Die 0,1-Hz-Sinusspannung (VLF) ist aus der Anwendung für Stehspan- nungsprüfungen und der dielektrischen Diagnose mit tan--Messein- richtung in der Praxis in der Mittelspannung etabliert. Bei Verwendung dieser Spannungsform ist allerdings eine direkte Übertragung der ge- messenen TE-Parameter auf 50-Hz-Verhältnisse nicht generell gege- ben. Während die TE-Messergebnisse mit 0,1-Hz-Sinusspannung an 327 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Papier-Masse-Kabeln weitgehend mit den Verhältnissen bei Netzfre- quenz korrelieren, weisen Fehlstellen in den Garnituren von Kunststoff- kabeln, bedingt durch die Gleitentladungscharakteristik an den Grenzflächen der Muffen und Endverschlüsse, zum Teil wesentlich höhere TE-Einsetzspannungen bei 0,1-Hz-Sinusspannung auf. Die Erzeugung einer gedämpften Wechselspannung (DAC: Damped AC) ist mit relativ überschaubarem Aufwand, geringen Kosten und ver- gleichsweise niedrigem Gewicht möglich (Bild 8.12). Das zu prüfende Kabel wird auf die gewünschte Gleichspannung auf- geladen. Die Ladezeit ist abhängig von der Kabelkapazität und der Spannungshöhe. Anschließend erfolgt die Entladung über einen elek- tronischen Hochspannungsschalter und eine Luftdrossel. Damit entsteht eine oszillierende Spannungswelle (Bild 8.13), deren Schwingfrequenz von der Induktivität der Luftspule und der Kapazität des Prüfobjektes bestimmt wird. Der Ausschwingvorgang der DAC beträgt in der Regel 250 bis 300  ms, so dass die Spannungsbelastung des Messobjektes sehr gering ist [8.8, 8.9]. Bei mittleren Kabellängen von 1.000 m beträgt die Schwingfrequenz etwa 250 bis 300 Hz und ist damit um den Faktor 5 bis 6 höher als die Betriebsfrequenz. Um auch an kurzen Kabeln im niedrigen Frequenz- 328 Bild 8.12 Prinzipschaltbild zur Erzeugung einer schwach gedämpften oszillierenden Wechselspannung (DAC) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 bereich unter 300 Hz messen zu können, kann optional ein TE-freier Stützkondensator mit Sperrinduktivität zugeschaltet werden. 8.2.3 Auswertung von TE-Messungen Der TE-Messkreis wird üblicherweise nach IEC 60270 kalibriert. Durch stufenweise Erhöhung der Prüfspannung wird die TE-Einsetzspannung Ui ermittelt, durch stufenweises Absenken der Prüfspannung die Aus- setzspannung Ue. Die TE-Aussetzspannung Ue kann bei DAC-Syste- men (gedämpfte Wechselspannung, siehe 8.2.2) durch den gedämpften Spannungsverlauf sehr leicht bestimmt werden. Anhand der TE-Pattern, d. h. Häufigkeit und Phasenlage der TE-Impulse, kann oftmals auf die Art der TE-Fehlstelle (Hohlraum oder Grenzfläche) geschlossen werden. Für die Lokalisierung der TE-Fehlstellen ist in den meisten TE-Mess- systemen eine komfortable Software verfügbar, mit welcher in halb- oder vollautomatischem Ablauf die Reflektogramme der aufgezeichneten und gespeicherten TE-Signale ausgewertet werden (Bild 8.14). Als Ergebnis dieser Auswertung ist das sogenannte Mapping der TE- Fehlstellen darstellbar (Bild 8.15). Im vorliegenden Fall ist für alle drei 329 Bild 8.13 Gedämpfte oszillierende Wechselspannung DAC a) Vollwelle zur Ermittlung der TE-Ein- und Aussetzspannung b) Einzelperiode zur Erkennung der TE-Pattern www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Phasen des Systems die TE-Lokalisierung über der Kabellänge darge- stellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei 200  m im Leiter 1 und bei 360  m in den Leitern 2 und 3 sehr häufige Teilentladungen mit hoher Intensität auftreten. Bei diesem Prüfobjekt handelt es sich um ein 20-kV-VPE-Kabelsystem mit schlecht montierten Schrumpfmuffen im Bereich 200 m im Leiter 1 und 360 m in den Leitern 2 und 3. Bemer- kenswert ist hier, dass die extrem hohen TE-Pegel erst nach 5 bis 6 Jah- ren Betriebsdauer zum Ausfall der Muffen geführt haben. Wegen der Stochastik von TE-Prozessen ist für eine gesicherte Aus- sage über Art und Ort von TE-Fehlstellen unbedingt eine statistische Auswertung der TE-Signale erforderlich. Interpretationen auf Basis von nur wenigen „vermeintlichen“ TE-Signalen können zu Fehleinschätzun- gen mit sehr hohen Folgekosten führen. Schließlich muss der Netzbe- treiber auf Basis der TE-Diagnose eine Entscheidung über Austausch oder Verbleib der betroffenen Garnituren oder Kabelabschnitte treffen. In der Regel sind im Feld Grundstörpegel im Bereich unter 100 pC zu erreichen, sodass die Voraussetzungen für eine ausreichende Mess- empfindlichkeit zum Nachweis von TE im Allgemeinen gegeben sind. Die TE-Einsetzspannung und die Häufigkeit der TE-Signale werden stark von der Frequenz der Prüfspannung und damit der Spannungs- steilheit im Nulldurchgang bestimmt. Insbesondere bei Fehlstellen im 330 Bild 8.14 TE-Signale mit automatisierter Fehlstellenortung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 331 Bereich der Feldsteuerung (Schräggrenzflächen), in Muffen und End- verschlüssen sind stark frequenzabhängige Einsetzspannungen, Im- pulshäufigkeiten und TE-Pegel zu beobachten [8.8 bis 8.11]. Daher sind Resonanzprüfsysteme mit variabler oder fester Frequenz und die ge- dämpfte Wechselspannung (DAC) zur Nachbildung der tatsächlichen Betriebsbelastung zu empfehlen. Fehlstellen mit erhöhter TE-Aktivität liegen meist in den Garnituren der Kabel. Sehr umfangreiche Erfahrungen liegen dazu an Papier-Masse- Kabeln vor (Bild 8.16). Durch die unterschiedlichen Isolierwerkstoffe und deren Empfindlichkeit bzw. Resistenz gegen Teilentladungen sind bezüglich der Gefährdungs- beurteilung von Teilentladungen für PE/VPE-Kabel andere Kriterien an- zusetzen als für Papier-Masse-Kabel (Tabelle 8.1). Die dargestellten Trend- bzw. Grenzwerte bieten eine gute Orientierung für die Bewertung. Dennoch sind die jeweiligen Betriebserfahrungen mit den betreffenden Kabelanlagen von entscheidender Bedeutung. So kann z.  B. eine Muffe in Papier-Masse-Kabeln auch schon mit relativ geringen TE-Pegeln die Ursache für kurzzeitige Erdschlusswischer sein. Wird bei der TE-Diag- Bild 8.15 TE-Fehlstellenlokalisationen und TE-Pegel über der Kabellänge www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 nose nur eine Muffe als Quelle von Teilentladungen festgestellt, ist der Austausch dieser Muffe zur Beseitigung des Problems naheliegend. Typische Serienfehler, beispielsweise durch Fehlmontagen, wird man nach dem Ausfallverhalten und den TE-Parametern, insbesondere der TE-Einsetzspannung, beurteilen. Aussagen zur Restlebensdauer von Kabeln oder deren Garnituren sind durch die TE-Diagnose derzeitig noch nicht gesichert möglich. Erfah- rungswerte aus der Praxis erlauben aber eine grobe Orientierung über Zustand und Gefährdungsgrad der Kabelanlage. Eine Korrelation eige- ner Messdaten mit Daten aus einem vergleichbarem Messsystem las- sen eine Zustandsbewertung zu. Somit liefert die TE-Diagnose wertvolle Informationen für gegebenenfalls erforderliche Instandhaltungsmaßnah- men und den effektiven Einsatz der verfügbaren Ressourcen. 332 Bild 8.16 Einsetzspannungen (Ui) und Fehlstellen (PD-Lokalisierungen) in Papier-Masse Kabeln [8.8] www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 9 Statistische Auswertung des Störungs- und Schadens - geschehens Die Beobachtung des Störungsgeschehens in Energieversorgungsnet- zen ist aus Sicht der Kunden, der Netzbetreiber und der Bundesnetz- agentur (BNetzA) von großem Interesse. Die Kunden sind von Störungen immer dann betroffen, wenn diese zur Unterbrechung oder Beeinflussung der Energieversorgung führen. Die Bundesnetzagentur beobachtet die Qualität der Versorgung aus Sicht der Kunden und berücksichtigt die Versorgungszuverlässigkeit seit dem Jahr 2012 im Rahmen der Anreizregulierung bei der Festlegung der Erlösobergrenze der Netzbetreiber durch das sogenannte Qualitätsele- ment [9.1]. Die Netzbetreiber wollen neben der Ermittlung von Zuver- lässigkeitskennwerten auch Störungsursachen, insbesondere systema- tische Störungsursachen, möglichst früh erkennen, um Abhilfe schaffen zu können. Weiter sollen aus den erfassten Daten Kennwerte für die Zuverlässigkeitsberechnung abgeleitet werden. Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen einer Beobachtung der Zu- verlässigkeitskenngrößen (mittlere Unterbrechungsdauer, mittlere Un- terbrechungshäufigkeit, mittlere Nichtverfügbarkeit) aus Sicht der Letztverbraucher und einer Beobachtung der Zuverlässigkeit einzelner Betriebsmittel. Beide Aufgaben sind nur mit Hilfe einer konsequenten, über einen langen Zeitraum geführten Statistik zu lösen. Schon vor vielen Jahrzehnten haben Netzbetreiber und Forschungsge- sellschaften begonnen, das Störungs- und Schadensgeschehen in den Hochspannungsanlagen zu verfolgen. So wurde bereits in den 1920er Jahren von der SFH (Studiengesellschaft für Höchstspannungsanla- gen), der Vorgängerin der FGH (Forschungsgemeinschaft für Elektri- sche Anlagen und Stromwirtschaft e.V.), eine einheitliche Erfassung und Auswertung von Störungen in Hochspannungsanlagen durchgeführt. Dabei wurde von Beginn an nicht nur eine Fehlerstatistik, sondern be- reits auch eine Unterbrechungsstatistik entwickelt [9.2]. In den 1930er Jahren hat dann die VDEW (Vereinigung der Elektrizitätswerke, später: Verband der Elektrizitätswirtschaft) mit einer Hochspannungskabelsta- tistik begonnen. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde eine Störungs- und Schadensstatistik etabliert. Ergebnisse wurden erstmals 1951 veröffent- licht. Mehrfach wurde diese Störungs- und Schadensstatistik den Erfor- dernissen angepasst. Nach der Liberalisierung des Energiemarktes und der damit verbundenen Entflechtung der Energieversorgungsunterneh- 333 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 men und Gründung des VDN (Verband der Netzbetreiber – VDN – e.V. beim VDEW) ging die Zuständigkeit für diese Statistik auf den VDN und im Jahr 2008 auf das FNN (Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE) über. Das Erfassungsschema wurde 2004 den aktuellen Bedürfnissen angepasst und 2006 im Zusammenhang mit den Meldepflichten der Netzbetreiber gegenüber der Bundesnetzagentur nach § 52 EnWG nochmals überarbeitet. Die Statistik wird als FNN-Störungs- und Ver- fügbarkeitsstatistik geführt. Aus dieser Statistik lassen sich die von der Bundesnetzagentur abgefragten Werte für die Versorgungszuverlässig- keit ermitteln und Zuverlässigkeitskennwerte für Netzbetriebsmittel ab- leiten. Nicht erfasst und ausgewertet werden Daten wie Hersteller, Typ und Baujahr einzelner schadhafter Betriebsmittel. 9.1 FNN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik Das Erfassungsschema der FNN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik ist in [9.3] beschrieben. Auswertungen liegen mittlerweile bis zum Berichtsjahr 2015 vor [9.4]. Danach lag die mittlere Nichtverfügbarkeit für einen Letztverbraucher in der Niederspannung durch störungs - bedingte Versorgungsunterbrechungen in Deutschland im Jahr 2014 bei 13,1 min/a auf einem Spitzenplatz in Europa, wie aus den Daten, die im “6th CEER benchmarking report on the quality of electricity and gas sup- ply” vom August 2016 [9.5] veröffentlicht wurden, hervorgeht (Bild 9.1). Im Jahr 2015  betrug dieser Wert 15,3 min/a. 334 Tabelle 9.1 Beitrag der einzelnen Netzebenen zur Versorgungs - zuverlässigkeit beim Kunden in Deutschland (nur stochastische Versorgungsunterbrechungen), 2015 Netzebene Unterbrechungs- häufigkeit Hu [1/a] Unterbrechungs- dauer Tu [min] Nichtverfüg- barkeit Qu [min/a] Aus Niederspannung 0,018 140,9 2,5 Aus Mittelspannung 0,248 50,0 12,4 Aus Hochspannung 0,026 11,5 0,3 Aus Höchstspannung 0,000 4,0 0,0 Gesamt 0,293 52,2 15,3 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Zu beachten ist, dass die vom Kunden wahrgenommene Nichtverfüg- barkeit ganz wesentlich durch die Nichtverfügbarkeit des Mittelspan- nungsnetzes bestimmt wird (Tabelle 9.1). Damit wird deutlich, welch hohe Bedeutung dem Mittelspannungsnetz und damit allen in diesem Netz eingebauten Betriebsmitteln hinsichtlich der Versorgungszuverläs- sigkeit insgesamt zukommt. Die Zahl der Störungen mit Unterbrechung der Versorgung beträgt bei Mittelspannungskabeln mit 1,2 Störungen pro 100 km pro Jahr etwa ein Drittel der bei Freileitungen. Dies darf aber nicht darüber hinwegtäu- schen, dass der Anlass „kein erkennbarer Anlass“ mit knapp 1 Störung pro 100 km pro Jahr etwa doppelt so hoch ist wie bei der Freileitung. In dieser Kategorie „kein erkennbarer Anlass“ sind unter anderem auch die inneren Kabelfehler enthalten. Mit 0,3 Störungen pro 100 km pro Jahr ist der Anlass „Fremde Einwirkung“ die zweite bestimmende Größe für das Störungsgeschehen im Kabelnetz. 9.2 VDEW-Umfrage zu Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln Seit den 1970er Jahren werden in Deutschland kunststoffisolierte Mit- telspannungskabel eingesetzt. Zunächst aus den USA, dann aber auch aus Deutschland kamen Anfang der 1970er Jahre Meldungen über hohe 335 Bild 9.1 Mittlere Nichtverfügbarkeit durch störungsbedingte Versor- gungsunterbrechungen in Europa www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Schadenshäufigkeiten an diesen Kabeln. Zur Beurteilung des tatsäch- lichen Schadensgeschehens wurde deshalb ab 1980 über mehr als 10 Jahre vom Arbeitsausschuss „Kabel“ des VDEW für VPE-isolierte Mittelspannungskabel die Statistik „VDEW-Umfrage zu Schäden an kunststoffisolierten Mittelspannungskabeln“ durchgeführt, mit der das Schadensgeschehen an diesen Kabeln statistisch erfasst und ausge- wertet wurde. Von jedem teilnehmenden Netzbetreiber wurden für jedes Einbaujahr die Stromkreislängen der einzelnen Kabeltypen und Hersteller erfasst. Für jedes Berichtsjahr wurden alle Schäden, die nicht auf äußere Be- schädigungen zurückzuführen waren, und alle Auswechselungen ge- meldet. Zu den einzelnen Schäden wurden die wesentlichen Kabeldaten (z. B. Baujahr, Hersteller, Typ, Spannungsebene) und die Schadensur- sache erhoben. Dabei wurde auch festgehalten, ob es sich um den ers- ten Fehler auf der Strecke handelte oder ob bereits früher Fehler aufgetreten waren. In den jährlichen Standardauswertungen wurden die Zahl der Schäden und die Austauschlängen insbesondere nach Einbaujahr und Hersteller ausgewertet [9.6]. So konnten den Herstellern und den Anwendern wich- tige Hinweise auf besonders störanfällige Kabel gegeben werden. 336 Bild 9.2 Anzahl der Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Über 95  % aller Schäden betrafen Kabel mit grafitierter äußerer Leit- schicht. Bis 1990 war die Zahl der Schäden auf über 550 pro Jahr an- gestiegen, danach aber wieder auf unter 400 im Jahr 1995 gefallen (Bild 9.2). Dieser Rückgang war hauptsächlich auf den Austausch von schadhaften Kabeln zurückzuführen. Er war aber auch ein Beweis dafür, dass das Schadensgeschehen auf ganz bestimmte Chargen beschränkt war und dass es sich nicht um ein generelles Alterungsproblem der VPE-isolierten Mittelspannungskabel handelte. Die Schadenshäufigkeit war abhängig vom Einbaujahr und vom Hersteller. Bild 9.3 zeigt die Zahl der Schäden in Abhängigkeit vom Einbaujahr (Mit- telwerte aus den Berichtsjahren 1986 bis 1995). Über 70 % aller Schäden traten an Kabeln der Einbaujahre 1974 bis 1978 auf, Kabel der Einbau- jahre nach 1980 waren nur vereinzelt und VPE-isolierte Mittelspannungs- kabel heutiger Bauart nach DIN VDE 0276 überhaupt nicht betroffen. Die Netzbetreiber konnten mit diesen Ergebnissen und dem Schadens- geschehen im eigenen Netz Strategien entwickeln, wie mit den beson- ders gefährdeten Kabeln verfahren wird. Oft wurden diese Kabel nach dem ersten oder zweiten Fehler auf einer Strecke ausgetauscht. Im Jahr 1990 wurden insgesamt über 100 km Kabel ausgetauscht. Dieser Wert ist Mitte der 1990er Jahre auf etwa 80 km zurückgegangen (Bild 9.4). 337 Bild 9.3 Anzahl der Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungs - kabeln (Mittelwerte aus den Berichtsjahren 1986 bis 1995) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Vom Austausch waren insbesondere Kabel der Einbaujahre 1974 bis 1978 betroffen (Bild 9.5). Bild 9.5 Austauschlängen von VPE-isolierten Mittelspannungskabeln (Mittelwerte aus den Berichtsjahren 1986 bis 1995) Bild 9.4 Austauschlängen von VPE-isolierten Mittelspannungskabeln 338 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 339 Ein genereller Austausch der besonders betroffenen Kabel war nicht er- forderlich und wirtschaftlich nicht vertretbar. Es gab keine gesicherten Hinweise, dass es an allen Kabeln der besonders störanfälligen Kabel (Hersteller und Herstellungsjahr) innerhalb einer bestimmten Zeit zu Schäden kommen würde. Wichtig war jedoch, dass bei den Netzbetrei- bern Konzepte vorlagen, nach denen beim Auftreten von Schäden ver- fahren werden konnte. Die Statistik „VDEW-Umfrage zu Schäden an VPE-isolierten Mittelspan- nungskabeln“ zeigt, wie mit einer unternehmensübergreifenden Statistik wichtige Erkenntnisse über das Schadensgeschehen gewonnen werden können. Mithilfe dieser Statistik wurden ein Gesamtüberblick über das Schadensgeschehen in Deutschland und ein Vergleich mit anderen Län- dern geschaffen. Sie gab dem einzelnen teilnehmenden Netzbetreiber die Möglichkeit, sich in das Gesamtgeschehen einzuordnen, eventuelle Schwachpunkte zu erkennen und Abhilfemaßnahmen zu ergreifen. Ins- gesamt konnten so Schlussfolgerungen für Netzplanung, Beschaffung und Betrieb gezogen werden. Die Hersteller konnten gezielte Verbes- serungen vornehmen. Hersteller und Anwender konnten gemeinsam Prüfverfahren entwickeln, um in der fertigungsbegleitenden Prüfung und der Langzeitprüfung die Qualität der gefertigten Kabel noch besser be- obachten und beurteilen zu können. Seit Auflösung des Arbeitsausschusses „Kabel“ des VDEW wird diese Umfrage nicht mehr weitergeführt. 9.3 FNN-Erfassungsschema C (Schäden) Mit dem im Jahr 2015 veröffentlichten Erfassungsschema C [9.7] hat das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) einen Vorschlag für eine strukturierte Erfassung von Daten zu Schäden an Mittelspannungs- Betriebsmitteln vorgelegt. Für Mittelspannungs-Kabelanlagen wird eine Differenzierung nach den Komponenten Kabel (unterschieden nach Kabeltypen, z. B. PE-Kabel), Endverschluss und Muffe vorgeschlagen. Endverschlüsse werden nach Konstruktionstyp unterschieden (z. B. Kunststoff- Kaltschrumpftechnik). Bei der Komponente Muffe erfolgt die Unterscheidung nach Konstrukti- onstyp (z. B. Kunststoff- Gießharztechnik) sowie Funktionstyp (z. B. Ver- bindungsmuffe). Darüber hinaus sieht die Systematik unter anderem die Erfassung der Art der Schadensfeststellung, der Schadensursache und www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 des Baujahrs des beschädigten Betriebsmittels vor. Zudem definiert das Erfassungsschema Mengengerüste für die Berechnung spezifischer Kenngrößen. Auf Basis dieser Daten können typspezifische Alterungsmodelle unter Berücksichtigung von Funktion und Technologie entwickelt werden, die eine wichtige Grundlage für Prognosen über die Zuverlässigkeit von Be- triebsmitteln darstellen. Der Verband erhebt diese Daten jedoch nicht. Die Auswertung erfolgt individuell durch den jeweiligen Netzbetreiber. 9.4 Betriebsmittelstatistik Der Vergleich der absoluten Störungszahlen verschiedener Zeitspannen oder unterschiedlicher Unternehmen ist nicht sinnvoll. Hierzu müssen bezogene Werte berechnet werden; in der Regel Werte, die auf 100 km Netzlänge bezogen sind. Die dazu benötigten Bezugsdaten können nur einer unternehmensintern geführten Statistik (Betriebsmittelstatistik) ent- nommen werden. Diese muss sehr sorgfältig und ausführlich geführt werden, da sonst keine effektive Auswertung einer Schadensstatistik möglich ist. Die für die Betriebsmittelstatistik benötigten Informationen erhält man z.  B. aus den Abnahmeprotokollen oder den Planunterlagen. Sind sol- che Angaben in früheren Jahren nicht genau festgehalten worden, so wird dringend empfohlen, diese Betriebsmittelstatistik noch nachträglich anzulegen und derzeit nicht beschaffbare Daten vorerst durch Annah- men zu ersetzen, die durch Befragung der Mitarbeiter gewonnen wer- den. Vielfach lassen sich solche vorläufigen Annahmen im Laufe der Zeit aus dem Betriebsgeschehen rekonstruieren. Die Erstellung einer detaillierten Betriebsmittelstatistik erfordert unter- nehmensintern eindeutige Vorgaben zur Berichterstattung. Die Betriebsmittelstatistik muss auch Angaben enthalten, die wichtig für die Beurteilung des Betriebsmittels sind, aber nicht aus den übrigen Daten hervorgehen (z.  B. Angaben über die Zeitpunkte Übergang von grafitierter Leitschicht zu fest verschweißter Leitschicht bei Kunststoff- kabeln, Einführung neuer Muffenarten, Klemmen oder Vergussmassen). Werden zwei oder mehr verschiedene Ausführungen gleichzeitig ver- wendet, so wäre gegebenenfalls eine örtliche Abgrenzung festzuhalten. 340 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 341 Sicherheit für Ihr Geschäft Schmal, breit, breiter: JEAN MÜLLER LABEO! Der neue Smart Grid Baustein! Einfach, normal, spezial! 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Nach wie vor können als Ziele für eine optimale In- standhaltung – mehr Verfügbarkeit – weniger Umweltbelastung – mehr Sicherheit – weniger Gesamtkosten – weniger Ausfälle – längere Lebensdauer für die Anlagen und Betriebsmittel des elektrischen Verteilungsnetzes, hier insbesondere der Kabelanlage genannt werden. Aber es ist weiter Druck auf die Optimierung der Instandhaltung und damit auf die Kosten entstanden, denn das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) verlangt elek- trische Verteilungsnetze, die sichere, preisgünstige, verbraucherfreund- liche, effiziente und umweltverträgliche Elektrizitätsversorgung für die Kunden ermöglichen soll. So werden im § 49 des EnWG folgende Anforderungen an Energiean- lagen gestellt: (1) Energieanlagen sind so zu errichten, dass die technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschrif- ten die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu beachten, (2) Die Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik wird vermutet, wenn bei Anlagen der Erzeugung, Fortleitung und Abgabe – von Elektrizität: die technischen Regeln des VDE – von Gas: die technischen Regeln der DVGW eingehalten worden sind. 10.2. Norm für die Instandhaltung Das Komitee K 227 der Deutschen Elektrotechnischen Kommission (DKE) hatte in den vergangenen Jahren eine Vornorm erarbeit, die seit 343 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 344 2008 / 2010 gültig ist. Diese Norm wurde überarbeitet und liegt nun in aktueller Form aus dem Jahr 2014 vor. Diese Vornorm „Instandhaltung von Anlagen und Betriebsmitteln in elek- trischen Versorgungsnetzen“ gliedert sich in zwei Teile: – Systemaspekte und Verfahren; DIN VDE V 0109-1 VDE V 0109-1:2014-09 – Zustandsfeststellungen von Betriebsmitteln/Anlagen; DIN VDE V 0109-2 VDE V 0109-2:2014-09 Als Grundlage für die Erarbeitung des Teils 1 dieser Vornorm dienten dem Komitee die Technische Richtlinie für die Instandhaltung von Betriebsmit- teln und Anlagen in Elektrizitätsversorgungsnetzen des VDN [10.2] und die DIN EN 60300-3-14: Zuverlässigkeitsmanagement – Anwendungs- leitfaden – Instandhaltung und Instandhaltungsunterstützung [10.3]. Der Anwendungsbereich dieser Vornorm: für Betreiber von Elektrizi- tätsversorgungsnetze, insbesondere der öffentlichen Versorgung, aus- genommen waren in den Ausgaben 2008/2010: – Hochspannungs-Gleichstromübertragung ( HGÜ) – Bahnnetze – Einrichtungen in Letztverbraucheranlagen * – Anlagen zur Einspeisung von elektrischer Energie In den Teilen der jetzt gültigen Norm DIN VDE V 0109 aus dem Jahr 2014 ist der Anwendungsbereich geändert und die HGÜ aufgenommen und Erzeugungsanlagen detailliert worden. Außerdem sind Ersatzstrom- versorgungsanlagen eingeführt. Die Inhalte: mit Blick auf die Verkehrssicherheit werden folgende Inhalte beschrieben: – Instandhaltungsstrategien, Prozessabläufe und Dokumentation – Möglichkeiten der Zustandserfassung von Betriebsmitteln und Anlagen – Hinweise für eine Personengefährdung – Auswahlkatalog für Maßnahmen zur Feststellung des Ist-Zustandes von Betriebsmitteln/Anlagen der Elektrizitätsversorgungsnetze, wobei für Kabelanlagen, Starkstromkabel und isolierte Starkstromleitungen * Letztverbraucheranlagen sind Anlagen, die nicht der Elektrizitätsver- teilung an weitere Kunden dienen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 nur einige wenige Aussagen zu Trassen und Kabelverteilerschränken getroffen worden sind. Mit diesem Teil 1 wird ein System von Anforderungen an die Organisa- tion und die Dokumentation von Instandhaltung in der leitungsgebun- denen, öffentlichen Elektrizitätsversorgung beschrieben. Wichtig war es dem Komitee dabei auf entsprechende Nebenbedingungen hinzuwei- sen, die in der Vornorm enthalten sind: – Vorgaben an die Organisation des NB müssen freizügig bleiben – Forderungen der Norm müssen einfach ausführbar sein – Die grundsätzlichen Verantwortlichkeiten des NB dürfen nicht ange- tastet werden – Die Norm enthält Empfehlungen ohne in die Entscheidungskompetenz der NB einzugreifen – Die Norm muss für große und kleine NB gleichermaßen umsetzbar sein – Die Zuweisung der Aufgaben und die Eigenleistungstiefe bleiben dem NB überlassen – Die Dokumentationsanforderungen beschränken sich auf das zwin- gend Notwendige Der Weg über die Vornorm ist deshalb beschritten worden, weil da- durch die langwierigen Arbeiten auf europäischer Ebene zu umgehen waren. Auch bei den zurzeit gültigen Ausgaben aus dem Jahr 2014 handelt es sich um Vornormen. Es sei aber ausdrücklich darauf hin- gewiesen, dass die Vornorm den gleichen Status wie eine Norm hat, d. h. sie hat rechtlichen Charakter. Nach § 49 EnWG sind Energiean- lagen so zu errichten und zu betreiben, dass die technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind Rechtsvorschriften und die allgemein an- erkannten Regeln der Technik (VDE-Normen) zu beachten. Die Ein- haltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik wird im Fehlerfall/Störungsfall vermutet, wenn die Anforderungen der VDE- Normen seitens der Betreiber eingehalten sind. Damit sieht sich der Anwender der DIN V VDE V 0109 auf der sicheren Seite. Sollten Schä- den entstehen und der Anwender hat das Instandhaltungskonzept nach der Norm DIN V VDE V 0109 angewandt, muss die Gegenseite nachweisen, dass das Konzept nicht den Anforderungen des EnWG genügt. Im zweiten Teil der DIN V VDE V 0109 wird beispielhaft beschrieben, welche Maßnahmen zur Feststellung des Ist-Zustandes von Betriebs- 345 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 mitteln/Anlagen und mit welchem Ziel Instandhaltungen an den ver- schiedenen Betriebsmitteln durchgeführt werden können. Dabei werden einzelne Komponenten, Geräte, Betriebsmittel, gesamte Anlagenteile bzw. gesamte Technikbereiche betrachtet. Wichtig gilt es zu erwähnen, dass sich aus den vorgegebenen Instandhaltungsmaßnahmen ergebe- nen Konsequenzen, wie Reparatur, Ersatz, Instandsetzung usw. voll- ständig im Verantwortungsbereich des jeweiligen Anwenders bzw. Betreibers bleiben. Nach der Vornorm [10.4] werden Maßnahmen zur Zustandsfeststellung an Kabelanlagen in Tabellenform aufgeführt. Darin bedeuten: – Komponente: Teil eines Betriebsmittels bzw. einer Funktionsgruppe, für die eine Zustandsfeststellung erfolgt – Kriterium: Aussage darüber welche Eigenschaft an der Komponente untersucht wird – Maßnahme: Beschreibung der Vorgehensweise bei der Zustandsfest- stellung, z. B. Sichtkontrolle, Messung Konkrete Aussagen zu den Komponenten/Kriterien/Maßnahmen kön- nen dem Teil 2 unter Abschnitt 5 „Auswahlkatalog für Maßnahmen zur Feststellung des Ist-Zustandes von Betriebsmitteln/Anlagen der Elek- trizitätsversorgungsnetze“ entnommen werden. Über Kabelanlagen sind Aussagen in den folgenden Abschnitten zu fin- den: (Anmerkung: an diesen Festlegungen hat neben dem K 227 ebenfalls für die Kabelanlagen das Komitee K 411 mitgewirkt) 5.2.2. Hausanschlusskasten 5.2.3. Kabelverteilerschränke 5.7. Kabelanlagen, Starkstromkabel und isolierte Starkstromleitungen 5.7.1. Trasse 5.7.2. Stromkreise 5.7.3. Garnitur. Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Art der Maß- nahmen zur Zustandsfeststellung bei den unterschiedlichen Betriebs- mitteln/Anlagen in welcher Terminierung angewendet werden, vom Netzbetreiber verantwortlich festzulegen und zu dokumentieren ist [10.5]. 346 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 347 11 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen – Investitionsrechnung Die überwiegende Anzahl der Investitionen eines Netzbetreibers sind un- umgängliche Investitionen zur Sicherstellung der elektrischen Energiever- sorgung. Diese werden kontinuierlich durch Untersuchungen der aktuellen sowie der zukünftig zu erwartenden Netzentwicklung abgesichert, in die auch eventuelle Überlastungen vorhandener Betriebsmittel mit daraus ge- gebenenfalls resultierenden beschleunigten Alterungs vorgängen, z. B. von Transformatoren oder von anderen Betriebsmitteln, einfließen. Für eine Netzinvestition gibt es häufig verschiedene Ausführungsmöglichkeiten und auch Realisierungszeitpunkte. Bei der Auswahl einer Investition ist u. a. ein Kostenvergleich der einzelnen Varianten von großer Bedeutung. Hier- bei kommt die Investitionsrechnung zum Tragen. Neben einem reinen Ver- gleich der Kosten sind aber auch noch andere Aspekte bei der Auswahl einer bestimmten Variante von großer Bedeutung, z. B. – Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Betriebsmittel – Genehmigungsfähigkeit der Anlagen einschließlich der Akzeptanz in Politik und bei der Bevölkerung, z. B. bei der Frage der Sichtbarkeit von Anlagen. Die Investitionsberechnung ist projektbezogen und zukunftsorientiert; sie arbeitet in erster Linie mit zu erwartenden Ausgaben und Einnahmen [11.1]. Dabei spielen die zu erwartenden Einnahmen bei den nachfol- genden vergleichenden Investitionsberechnungen keine Rolle. Aufgabe der Investitionsrechnung ist es, eine rechnerische Auskunft über die vo- raussichtliche Wirtschaftlichkeit, d. h. über die finanzielle Vorteilhaftigkeit, von Investitionen zu geben [11.1]. 11.1 Berechnungsmethoden Für den hier zu betrachtenden Investitionsbereich kommen entspre- chend [11.2] finanztechnische dynamische Verfahren zum Tragen. Diese vor etwa siebzig Jahren entwickelten „klassischen Verfahren“ der Inves- titionsrechnung legen die Einzahlungen (Kosten) und die Auszahlungen (Erträge) bis zum Ende der wirtschaftlichen Nutzungsdauer oder bis zu einem bestimmten Planungshorizont zu Grunde. Im Einzelnen werden im Hinblick auf die zeitliche Situation einer Investition in der Regel die folgenden Berechnungsmethoden angewandt, nämlich die Jahreskos- tenmethode (Annuitätenmethode) und die Kapitalwertmethode (Barwert- methode). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 348 11.1.1 Jahreskostenmethode (Annuitätenmethode) Dieses Verfahren ist für zeitgleiche Investitionen mit unterschiedlichen Erlössituationen oder zeitlich begrenzten Nutzungsdauern geeignet. Die Jahreskosten einer Investition sind während der Lebensdauer der An- lage konstant. Die jährlichen Betriebskosten (Verlustkosten, Instandhal- tung) werden einzeln ermittelt und den jährlichen Kosten der Investition zugerechnet. Man vergleicht bei dieser Methode die durchschnittlichen Auszahlungen einer Investition mit den durchschnittlichen jährlichen Einzahlungen. Sind diese jährlichen Zahlungen unterschiedlich, werden die Beträge abgezinst, man errechnet die Barwerte. Der Bezugszeitpunkt liegt dabei am Anfang der Investition. Die errechneten Barwerte werden (vorzei- chengerecht) summiert und ergeben den Kapitalwert. Durch Multiplikation des Kapitalwertes K (Einmalbetrag, z. B. Investiti- onskosten in €) mit dem Kapitalwiedergewinnungsfaktor a (Annuitäten- faktor) wird der Kapitalwert einer Investition auf die Nutzungsdauer verteilt in gleich hohe jährliche Raten (Annuitäten), den Jahreskosten k, umgerechnet: k = K · a (11.1) k Jahreskosten (€/a) K Einmalbetrag, z. B. Investitionskosten in € a Annuitätenfaktor (Kapitalwiedergewinnungsfaktor) Der Annuitätenfaktor a gibt an, wie ein Einmalbetrag K bei einem Zins- faktor q über einen Zeitraum von n Jahren in jährlich gleichbleibende Raten k umgerechnet werden kann. Der Annuitätenfaktor a wird wie folgt bestimmt: (11.2) n Betrachtungszeitraum in Jahren, Nutzungsdauer p Kalkulationszinsfuß q Zinsfaktor (q = 1 + p) Die Annuitätenfaktoren können auch Tabellen (siehe Abschnitt 15.3) entnommen werden. qn (q – 1) qn – 1 a = www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die aus den Einmalbeträgen errechneten, jährlich gleichbleibenden Raten werden zu den jährlich gleichbleibenden Betriebskosten addiert. Die Gesamtkosten bzw. die jährlichen Kosten für unterschiedliche Pla- nungsvarianten können verglichen werden. In Abschnitt 11.3.1 ist ein Anwendungsbeispiel angegeben. Die Jahreskostenmethode ist nur auf Anlagen anzuwenden, die eine definierte Lebensdauer haben (gleiche Lebensdauer für alle Elemente). 11.1.2 Kapitalwertmethode (Barwertmethode) Dieses Verfahren ist geeignet für Investitionen mit unterschiedlichem Einsatzzeitpunkt, wobei die Nutzungsdauer der Lebensdauer entspricht oder anderweitig begrenzt ist. Zukünftige Ein- und Auszahlungen wer- den durch Abzinsung auf den Zeitpunkt der Investitionsentscheidung (Stichtag) vergleichbar gemacht. Die auf den Stichtag abgezinsten In- vestitionskosten sowie Übertragungsverluste, Betriebskosten und Rest- werte werden als Barwerte bezeichnet. Der Kapitalwert einer Investition ergibt sich als Differenz zwischen der Summe der Barwerte aller Ein- zahlungen und der Summe der Barwerte aller Auszahlungen, die mit dieser Investition zusammenhängen [11.2]. Die Barwerte verschiedener Varianten sind direkt vergleichbar, die Va- riante mit dem kleinsten Barwert ist die wirtschaftlichste. Bei einmaliger Investition I0 zum Zeitpunkt 0 (Stichtag) und konstanten Kosten Ki während der betrachteten Zeiträume und nachschüssiger Ver- zinsung ergibt sich der Barwert der Ausgaben zum Stichtag entspre- chend folgender Formel: (11.3) K0 Barwert (Kapitalwert) bezogen auf das Jahr 0 (Stichtag), Ausgangsjahr I0 einmalige Investition zum Zeitpunkt 0 in € (Kosten im Ausgangsjahr) Ki Kosten im Jahr i in € (Kapitalwert des Jahres i) Abzinsfaktor p Kalkulationszinsfuß n Nutzungsdauer 1 qi K0 = I0 + ∑ KI 349 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Bei jährlich gleichbleibenden Kosten kp während aller Perioden lassen sich diese mit Hilfe des Rentenbarwertfaktors r auf den Barwert K0 be- zogen auf den Beginn des Betrachtungszeitraumes (Jahr 0) umrechnen: K0 = I0 + Kp · r (11.4) mit (11.5) Die Rentenbarwertfaktoren können auch aus Tabellen (siehe Abschnitt 14.3) entnommen werden. Ist zu einem späteren Zeitpunkt (nach x Perioden) eine weitere Investi- tion mit den Investionskosten Ix erforderlich, ergibt sich bei konstanten Kosten Kp1 während der x Perioden und konstanten Kosten kp2 bis zum Ende des Betrachtungszeitraumes für den Barwert der Ausgaben zum Zeitpunkt 0 [11.3] die Gleichung (11.6): (11.6) 11.1.3 Bewertung der Jahreskosten- und der Barwertmethode Die beiden vorgestellten finanztechnischen Methoden sind grundsätzlich für vergleichende Investitionsrechnungen anwendbar. Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass die beschriebenen Methoden nicht zuletzt auch wegen ihres Alters einige Schwachpunkte aufweisen [11.2]. Diese sind in nachfolgenden Punkten zu sehen. Es wird unterstellt, dass für eine bestimmte Anzahl von Perioden bzw. bis zum Ende des Betrachtungszeitraumes oder der Nutzungsdauer einer Investition die wesentlichen Faktoren der Investitionsrechnung wie z. B. der Kalkulationszinsfuß und damit auch die Annuitäten sowie die Kapital- und Barwerte in der Regel konstant sind. Änderungen können allerdings mit modernen Berechnungsmethoden berücksichtigt werden. Auch die Energiekosten sind langfristig nicht absehbar. Die Gründe hier- für sind vielfältig und haben ihren Ursprung in dem für einen längeren Zeitraum nicht vorhersehbaren Einsatz der Art der Primärenergiestoffe sowie in technologischen, gesellschaftlichen und politischen Einfluss- qn – 1) qn (q – 1) r = 1 qx rn-x qx K0 = I0 + Ix + Kp1 · rx + kp2 350 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 351 faktoren auf die Energieversorgung, aber auch dieser Umstand kann ebenfalls mit modernen Berechnungsmethoden berücksichtigt werden. Für eine möglichst eng am Kapitalmarkt orientierte Investitionsberech- nung insbesondere mit Bezug auf die jährliche Zinssituation empfiehlt sich das im Folgenden als Kumulationsmethode bezeichnete Verfahren. Hier- bei werden die jährlichen Kapitalzinsen unter Berücksichtigung der Til- gungen vom jeweils verbleibenden Restbetrag des Kapitals exakt erfasst. Bei der Berechnung der Kapitalzinsen mit der Annuitätenmethode nach Gleichung (11.2) nehmen ab einer gewissen Höhe des Kalkulationszins- fußes diese Zinsen gegenüber den mit der Kumulationsmethode be- rechneten Zinsen stetig zu; d. h. am Ende eines Betrachtungszeitraumes fallen bei der Kumulationsmethode gegenüber der Annuitätenmethode geringere Zinsen an. Sinngemäß trifft dies auch auf Berechnungen mit dem Rentenbarwertfaktor, dem Kehrwert des Annuitätenfaktors, zu. Hierdurch kann die Bewertung von Investitionen verzerrt werden. 11.1.4 Kumulationsmethode Die Kumulationsmethode [11.4] ist ein Berechnungsverfahren zur Be- stimmung möglichst genauer Investitionskosten, das sich wegen seiner Variabilität in Bezug auf die Anpassung der unterschiedlichen Kosten- faktoren über die gesamte Nutzungs- bzw. Lebensdauer einer Investi- tion hinweg sowie besonders wegen der genauen Ermittlung der jährlichen Zinsen für Projekte mit sehr hohen Investitionskosten eignet. Bei dieser Methode werden über die gesamte Nutzungs- bzw. Lebens- dauer einer Investition die veränderlich jährlich anfallenden Kosten er- mittelt und zu den angefallenen Kosten des Vorjahres addiert. Aufgrund der damit gegebenen jährlichen Ansammlung und Anhäufung der Kos- ten wird dieses Verfahren hier als Kumulationsmethode bezeichnet. Auch hierbei brauchen keine Erträge berücksichtigt werden, da es sich in der Regel um Vergleichsberechnungen für unterschiedliche Investiti- onsvarianten handelt. Die Kumulationsberechnung setzt sich additiv aus z. B. folgenden Ter- men zusammen, die jährlich unter Berücksichtigung der Vorjahressitua- tion neu berechnet und aufaddiert (kumuliert) werden, bis das Ende der www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Nutzungsdauer bzw. das Ende der Lebensdauer erreicht ist. Außer den im nachstehenden beispielhaft genannten Termen können je nach In- vestitions- und Finanzierungssituation weitere Terme, z. B. Steuern, Kos- ten für Verluste von Kabelkompensationsspulen, Kosten für das Genehmigungsverfahren, Kosten für Ausgleichs- und Ersatzmaßnah- men für den Eingriff in Natur und Landschaft, Entschädigungskosten für die Inanspruchnahme von Grundstücken etc., in die Berechnung auf- genommen werden. Im Folgenden werden die wesentlichen Terme beschrieben. Im Einzel- nen sind dies: I0 einmalige Investition zum Zeitpunkt 0 in € (Kosten im Ausgangs- jahr) KZins,n = I0 Rest,n · pn Zinsen im Jahr n vom jährlichen Restbetrag I0 Rest,n im Jahr n (variabler Betrag) unter Berücksichtigung des Abzuges der Tilgung KTilgung in dem betreffenden Jahr n (I0 Rest,n = I0 Rest,n-1 − KTilgung,n) KTilgung konstanter Tilgungsbetrag bis zum Ende des Betrachtungszeitrau- mes KL,A =  · P´v max. a · l · (KZ + KA ·  · 8.760 h/a) (11.7) KL,A Kosten der Leistungs- und Arbeitsverluste P´v max. a Verlustleistung bei Jahreshöchstlast (kW/km) (P´v max. a = R′ · S2a max/U2n) R′ Wechselstromwiderstandsbelag des Leiters (Ω/km) bei Höchstlast Sa max Jahreshöchstlast Un Nennspannung des Netzes  Lastangriffsfaktor;  = 1 bei Belastung am Ende der Leitung und  = 0,333 bei gleichmäßiger Belastung Kz anzusetzender Leistungspreis für die Berechnung der Verlustkos- ten (€/[kW · a]) Ka anzusetzender Arbeitspreis für die Berechnung der Verlustkosten (€/kWh) 352 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358  Jahres-Arbeitsverlustfaktor; Näherungsformel für den Arbeits- verlustfakor ( = 0,17 · ma + 0,83 · ma 2) mit ma = ; Tm ist die Benutzungsdauer der Jahreshöchstlast ma Jahresbelastungsgrad (nicht zu verwechseln mit dem Belas- tungsgrad der Tagesbelastungskurve m) Tm Jahresarbeit/Jahreshöchstlast (kWh/kW ); TB ist die Betriebs- dauer (maximal 8.760 Stunden pro Jahr) l Leitungslänge (km) KInst = I0 · 0,005 Instandhaltungskosten (z. B. 0,5 % der Anfangsinvestition I0) KInfl,n = KInfl,n-1 · 0,02 Inflationszuschlag im Jahr n in Höhe von z. B. 2 % der Instand- haltungskosten im Jahr n-1 Ku Unterhaltungskosten (€/[km · a]), diese können als konstant an- genommen werden oder aber auch mit einem Inflationsfaktor belegt werden Mit den vorgenannten Einzelpositionen ergibt für das erste Jahr der In- vestition folgender Kostenblock: k1 = Kzins,1 + KL,A + KInst + KInfl,1 + Ku (11.8) Für die folgenden Jahre n, ab dem Jahr n = 2, ergibt sich jeweils jährlich bis zum Ende des Betrachtungszeitraumes der um die jährliche Til- gungsrate erweiterte Kostenblock entsprechend Gleichung (11.9): kn = Kzins,n + KL,A + KInst + KInfl,n + Ku + KTilgung (11.9) Die Gesamtkosten kges der Investition am Ende des Betrachtungszeit- raumes ergeben sich unter Berücksichtigung der Kosten im Ausgangs- jahr und der Kosten in den nachfolgenden Jahren – Gleichungen (11.7) bis (11.9) – entsprechend Gleichung (11.10): (11.10) Die angegebenen Gleichungen lassen sich relativ einfach programmie- ren; man erhält für die jährlichen Kostenentwicklungen tabellarische und auch grafische Übersichten. Tm TB n = 40 n = 2 Kges = I0 + k1 + ∑kn 353 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 11.2 Anwendungsfälle Wenn die Randbedingungen von den zu betrachtenden Varianten bekannt sind, können konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnungen durchgeführt wer- den. Typische Anwendungsfälle sind der Vergleich von zwei unterschied- lichen technischen Realisierungsmöglichkeiten oder die Beurteilung von unterschiedlichen Investitionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten. 11.2.1 Freileitung oder Kabel In städtischen Bereichen werden in der Nieder- und Mittelspannungs- ebene sowie der Hoch- und Höchstspannungsebene Kabel eingesetzt. Auch in ländlichen Bereichen werden in der Nieder- und Mittelspan- nungsebene vorwiegend Kabel eingesetzt. Für das Höchstspannungs- netz sind in ländlichen Bereichen entsprechend dem Energie- leitungsausbaugesetz (EnLAG) für einige Teilstrecken in der Nähe von Wohngebieten Teilverkabelungen als Pilotstrecken vorgesehen. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass 380-kV-Kabelstrecken technisch- physikalisch und auch wirtschaftlich erheblich aufwändiger sind als 380- kV-Freileitungen. Erschwerend kommen bei Höchstspannungskabeln Aspekte der Ver- sorgungszuverlässigkeit aufgrund der langen Reparaturdauern im Scha- densfall hinzu. Auch die Auswirkungen auf Natur, Umwelt ebenso wie auf die Landwirtschaft bedingt durch die breiten Kabeltrassen und deren Einschränkungen in Bezug auf Anpflanzungen und Bebauung dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Beim Wirtschaftlichkeitsvergleich der beiden Varianten „Freileitung“ oder „Kabel“ kann man im Allgemeinen davon ausgehen, dass jede der Va- rianten zum gleichen Zeitpunkt realisiert würde. Damit treten alle Kosten, die Investitionskosten und die laufenden Kosten, zu jeweils gleichen Zeitpunkten auf. Damit kann ein Wirtschaftlichkeitsvergleich sowohl mit Hilfe der Jahreskosten-, der Kapitalwert- oder der Kumulationsmethode durchgeführt werden. 11.2.2 Vorinvestitionen Bei Tiefbauarbeiten in einem Bereich, in dem in einigen Jahren der Be- darf an zusätzlichen Starkstromkabeln zu erwarten ist, wird üblicher- 354 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 weise geprüft, ob die zusätzlichen Kabel sofort mitgelegt werden, ob Leerrohre gelegt werden oder ob auf vorgezogene Investitionen verzich- tet wird. Ausgelöst werden solche Überlegungen auch durch Forderun- gen von seiten der Straßenbauträger und der Kommunen, wonach Oberflächen innerhalb einer bestimmten Zeit nicht erneut aufgegraben werden sollen. Allgemein gesagt lohnt sich eine vorgezogene Mitlegung um so eher, je höher der Tiefbauanteil an den Gesamtaufwendungen für die Anlage ist und je früher das Kabel benötigt wird. Mitlegung von erst später benötigten Kabeln Voraussetzung für eine vorzeitige Mitlegung eines erst später benötigten Kabels ist, dass dieses Kabel in absehbarer Zeit mit großer Wahrschein- lichkeit benötigt wird. Die wirtschaftliche Beurteilung erfolgt mit Hilfe der Barwertmethode, da die Kosten zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf- treten. Die Wirtschaftlichkeit der Mitlegung von Kabeln ist dann gege- ben, wenn die Gesamtaufwendungen im Legejahr kleiner sind als der Barwert der Aufwendungen bei der späteren Legung. Mitlegung von Kunststoffrohren für spätere Nachlegung von Kabeln Wenn die Bauarbeiten nur Teilabschnitte einer späteren Kabelverbin- dung betreffen, oder noch keine endgültige Sicherheit darüber besteht, ob und wann die zusätzliche Kabelverbindung benötigt wird, kann es sinnvoll sein, noch nicht das Kabel, sondern Rohre zum späteren Ein- ziehen der Kabel mitzulegen. Sollten sich die Planungen ändern, so wäre der verlorene Aufwand (Kunststoffrohr) relativ gering. Oft bestünde dann immer noch die Möglichkeit, das eingelegte Kunststoffrohr für an- dere Zwecke zu nutzen oder es zu verkaufen. Auch hier bietet sich für den Wirtschaftlichkeitsvergleich die Barwertme- thode (Abschnitt 11.1.2) an. Die einzelnen Kostenanteile in den einzel- nen Jahren werden ermittelt und auf den Beginn des Betrachtungs- zeitraumes bezogen (gebarwertet). So können die drei Varianten „so- fortige Mitlegung des Kabels“, „sofortige Mitlegung der Rohre und spä- teres Einziehen der Kabel“ sowie „Kabellegung erst zum Bedarfs- zeitpunkt“ miteinander verglichen werden. 11.2.3 Wirtschaftlicher Kabelquerschnitt Sowohl die Errichtungskosten als auch die laufenden Kosten einer Lei- tungsanlage sind abhängig vom Leiterquerschnitt. Bei bekannten Rand- 355 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 356 bedingungen, wie z. B. zeitliche Entwicklung der Belastung und der Energiekosten über die gesamte Lebensdauer einer Leitungsanlage, kann der wirtschaftlich optimale Leiterquerschnitt bestimmt werden, indem die querschnittsunabhängigen und die querschnittsabhängigen Kostenbestandteile ermittelt werden. Die Durchführung solcher Rech- nungen zeigt, dass für übliche Anwendungsfälle im Netzbereich die Kos- tenkurven in Abhängigkeit vom Leiterquerschnitt im Bereich der Optima sehr flach verlaufen (Bild 11.1). Abweichungen vom optimalen Leiter- querschnitt bedeuten deshalb nur geringe Verschlechterungen der Wirt- schaftlichkeit. In der Stromversorgung haben sich deshalb insbesondere im Bereich der Mittel- und Niederspannung seit vielen Jahren einige Standardquer- schnitte durchgesetzt. Durch diese Standardisierung ergibt sich eine er- hebliche Vereinfachung in der Materialwirtschaft, insbesondere auch im Garniturenbereich. Bild 11.1 Jahreskosten von Kabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 11.3 Berechnungsbeispiele Anhand von zwei Beispielen wird die Anwendung der Berechnungsver- fahren erläutert. 11.3.1 Kabel oder Freileitung im Mittelspannungsnetz Eine klassische Frage im Netzbereich ist, ob für eine vorgesehene Ver- bindung ein Kabel gelegt oder eine Freileitung gebaut werden soll. Die Wirtschaftlichkeitsrechnung für diese Fragestellung wird üblicherweise mit Hilfe der Jahreskostenrechnung durchgeführt. Die Jahreskosten bei jährlich gleichbleibenden Betriebskosten errech- nen sich nach der Formel k = K · a + KU · l + Pv · l (KZ + Ka ·  · 8.760 h/a) (11.11) Formelzeichen siehe Abschnitt 11.1.4 Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung als Grundlage für die Entscheidung Freileitung oder Kabel im Mittelspannungsnetz zeigt Tabelle 11.1 bei- spielhaft für zwei Belastungsfälle. Hier werden für Kabel und Freileitung die gleichen Längen angenommen, sodass die Leitungslänge den Ver- gleich nicht beeinflusst und die Kosten auf einen Kilometer bezogen an- gegeben sind. Fall 1: Übertragungsleistung 1 MVA Jahreskosten Freileitung: kIF = 4.114 €/(km · a) – 4.100 €/(km · a) Jahreskosten Kabel: kIK = 4.675 €/(km · a) – 4.700 €/(km · a) € km 1 a kW km kIF = 42.000 · 0,0772 + 600 + 0,8 (120 + 0,1 · 0,25 · 8.760 ) € km · a € kW · a € kWh h a € km 1 a kW km kIK = 55.000 · 0,0750 + 380 + 0,6 (120 + 0,1 · 0,25 · 8.760 ) € km · a € kW · a € kWh h a 357 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 358 Tabelle 11.1 Beispiel für die Wirtschaftlichkeitsberechnung Freileitung oder Kabel im 20-kV-Netz Freileitung Kabel Nennspannung kv 20 20 Leitermaterial Al Al Leiterquerschnitt mm2 95 150 Investitionskosten K €/km 42.000 55.000 Betrachtungszeitraum Jahre 35 40 Kalkulationszinsfuß % 7 7 Laufende Betriebskosten €/km/a 600 380 Leistungspreis Verlustleistung €/kW/Jahr 120 120 Arbeitspreis Verlustleistung Ct/kWh 10 10 Arbeitsverlustfaktor 0,25 0,25 Spez. Leiterwiderstand Ohm/km 0,306 0,211 Annuitätenfaktor 0,0772 0,075 Verlustleistung bei Übertragungsleistung 1 MVA kW/km 0,8 0,6 Verlustleistung bei Übertragungsleistung 4 MVA kW/km 12,8 8,8 Fall 2: Übertragungsleistung 4 MVA Jahreskosten Freileitung: k2F = 8.182 €/(km · a) š 8.200 €/(km · a) Jahreskosten Kabel: k2K = 7.488 €/(km · a) š 7.500 €/(km · a) Die Ergebnisse zeigen, dass unter diesen Randbedingungen bei einer zu übertragenden Leistung von 1 MVA die Freileitung die wirtschaftli- chere Lösung ist, während bei einer Leistung von 4 MVA das Kabel wirt- schaftlich vorteilhafter ist. € km 1 a kW km k2F = 42.000 · 0,0772 + 600 + 12,8 (120 + 0,1 · 0,25 · 8.760 ) € km · a € kW · a € kWh h a € km 1 a kW km k2K = 55.000 · 0,0750 + 380 + 8,8 (120 + 0,1 · 0,25 · 8.760 ) € km · a € kW · a € kWh h a www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 11.3.2 Mitlegung eines Niederspannungskabels, Verrohrung und nachträgliches Einziehen oder spätere getrennte Legung In diesem Fall werden Aufwendungen in verschiedenen Jahren mitei- nander verglichen, deshalb wird die Barwertmethode angewendet. Dabei werden alle Kosten auf den Zeitpunkt der ersten Baumaßnahme bezogen. Fall 1: Sofortige Mitlegung des Kabels Die Kosten für das Mitlegen eines Niederspannungskabels im Gehweg in einen vorhandenen Graben liegen bei ca. 65.000 €/km. Damit ergibt sich bei sofortiger Mitlegung in den vorhandenen Graben der Barwert K01: K01 = 65.000 €/km Fall 2: Zunächst Mitlegung von Leerrohren, späteres Einziehen des Kabels Wird zunächst nur ein Leerrohr in den vorhandenen Graben eingelegt, so sind die anfänglichen Investitionskosten geringer. Im Vergleich zum Fall 1 entfallen die Kosten für das Kabel selbst sowie für die Garnituren und die Montage. K021 = 55.000 €/km Für das nachträgliche Einziehen des Kabels einschließlich Material und Montage werden 11.000 €/km angesetzt. Wird das Kabel erst 5 Jahre später benötigt und ein Zinssatz von 7 % angesetzt, ergibt sich für den Barwert K022 nach Formel 11.3: K022 = 1/1,075 · 12.000 €/km = 8.556 €/km Der Gesamtbarwert für sofortige Leerrohrlegung in den vorhandenen Graben und nachträgliches Einziehen des Kabels ist somit: K02 = K021 + K022 = 63.556 €/km 359 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Fall 3: Kabel später getrennt legen Für die getrennte Legung des Kabels werden 110.000 €/km angesetzt. Wird das Kabel erst bei Bedarf, hier nach 5 Jahren, gelegt, so ergibt sich bei einem Zinssatz von 7 % der Barwert K03: K03 = 1/1,075 · 110.000 €/km = 78.428 €/km Ergebnis Im Fall 2 ergibt sich mit 63.556 €/km der kleinste Barwert. Damit ist es am wirtschaftlichsten, zunächst nur das Leerrohr in den vorhandenen Graben zu legen und das Kabel dann 5 Jahre später einzuziehen. Diese Rechnungen sind stark abhängig von den angesetzten Werten für den Zinssatz und die Vorinvestitionsdauer. Bei solchen Wirtschaft- lichkeitsrechnungen empfiehlt es sich deshalb, mehrere Varianten zu rechnen. 360 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 12 Neue Kabeltechnologien 12.1 Gasisolierte Leitungen (GIL) Gasisolierte Leitungen (GIL) können als koaxiale Aluminiumrohrleiter beschrieben werden und bestehen aus einem inneren Leiterrohr und einem äußeren Mantelrohr (Bild 12.1). Der Innenleiter führt Höchstspannungspotenzial und ist gegen den ge- erdeten Mantel mit Gießharzstützern abgestützt. Als Isoliermedium wird – ähnlich wie in gasisolierten Schaltgeräten – ein unter Druck stehendes Gasgemisch eingesetzt, das aus Schwefelhexaflourid (SF6) und Stick- stoff (N2) besteht. Auf Grund der sehr guten dielektrischen Eigenschaf- ten ist ein relativ geringer Isolationsabstand ausreichend, sodass der Außendurchmesser einer 380-kV-GIL rund 500 mm beträgt. 361 Bild 12.1 Gasisolierter Rohrleiter für Höchstspannung Bild 12.2 Praktische Ausführung einer gasisolierten Leitung [12.1] www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Es gibt verschiedene Verfahren, die Rohrleitung für GIL herzustellen. Die Gebräuchlichste ist die modular aufgebaute Leitung, die vor Ort mittels eines automatisierten Prozesses orbital verschweißt wird. Zudem können gerade Rohrsegmente in Verbindung mit Bogensegmenten verwendet wer- den. Die Legung erfolgt entweder in Schächten oder Tunneln (Bild 12.2) oder direkt im Erdboden (Bilder 12.3 und 12.4). Dabei ist bei der modular aufgebauten Leitung eine elastische Biegung der Rohre möglich [12.2]. Praktisch eine Kombination von Freileitungen und Kabeln stellen die Ei- genschaften von GIL dar. Die elektrischen Verluste entsprechen etwa denen eines Kabels und betragen somit nur rund ein Drittel der Verluste einer Freileitung. Die thermische Grenzleistung beträgt, je nach Art der Legung, zwischen 1.800 und 2.600 MVA [12.3] und liegt damit deutlich über derjenigen eines VPE-isolierten Kabels und im gleichen Bereich wie bei einer Freileitung. Wegen der deutlich geringeren Betriebskapa- zität der GIL im Vergleich zu feststoffisolierten Kabeln aufgrund der klei- neren Dielektrizitätszahl der Gasisolierung und der Geometrie der Leiteranordnung fließt auch ein wesentlich kleinerer Ladestrom, so dass bei langen Übertragungsstrecken die Abstände zwischen zwei Kompen- sationseinrichtungen etwa drei bis viermal so lang sein können wie bei einer „klassischen“ Höchstspannungskabelstrecke. In der Nähe des Frankfurter Flughafens errichtete der Übertragungs- netzbetreiber Amprion eine GIL-Pilotinstallation, in deren Rahmen zwei Stromkreise mit einer Leistung von jeweils 1.800 MVA betrieben werden [12.4]. Dabei wurden die Rohre bei einer Tiefe von 3 m direkt ins Erd- reich gelegt (Bilder 12.3 und 12.4). 362 Bild 12.3 Parallele Legung von zwei GIL-Stromkreisen in einem gemeinsamen Graben (Quelle: Amprion) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 363 12.2 Anwendung von Hochtemperatur-Supraleitern in Stromnetzen 12.2.1 Allgemeines Zum Transport und zur Verteilung elektrischer Energie werden überwie- gend Kabel mit Leitern aus Kupfer oder Aluminium eingesetzt. Der Wi- derstand dieser Metalle ist jedoch nicht zu vernachlässigen, und die Verlustleistung steigt zwangsläufig mit dem Quadrat des Stromes an. Der Transport größerer elektrischer Leistungen erfordert aber – wenn nicht in eine höhere Spannungsebene gewechselt werden soll – eine Erhöhung des Stroms und ist demnach also nur in begrenztem Umfang möglich, ansonsten müssten Energiekabel mit äußerst großen Leiter- querschnitten eingesetzt werden. Die Erhöhung der Spannung ist aber für die Übertragung größerer elektrischer Leistungen unvermeidbar, um den Einsatz handhabbarer Leiterquerschnitte zu ermöglichen. Daher wird immer ein Optimum aus beherrschbarer Spannungshöhe und wirt- schaftlichen Leiterquerschnitten gesucht. Trotz dieses Optimums sind bei einigen der heute verwendeten Ener- gieverteilungskabeln in Ballungszentren die durch den Leiterwiderstand verursachten Verluste beachtlich. So gehen beispielsweise allein bei der Stromverteilung in Berlin jährlich fast 400 Mio. kWh (Quelle: www.Vat- Bild 12.4 GIL-Strecke während der Bauphase [12.1] www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 tenfall.de) verloren (das ist etwa die Menge Strom, die 100.000 deutsche Privathaushalte verbrauchen). Derartige Verluste und der damit verbun- dene CO2-Ausstoß lassen sich minimieren: Supraleitende Betriebsmittel wie Hochenergiekabel für die Mittel- aber auch Hochspannungsebene könnten die Verluste in städtischen Verteilungsnetzen zum Beispiel um bis zu 66  % reduzieren und somit einen echten Beitrag zur nachhaltigen Optimierung leisten [12.5]. 12.2.2 Eigenschaften der Supraleiter Die seit einigen Jahren als Bandleiter verfügbaren Hochtemperatur-Su- praleiter (HTS) der ersten und zweiten Generation (1G und 2G) bieten gute Voraussetzungen für den Energietransport der Zukunft (siehe Ab- schnitt 2.7.7.4) [12.6]. Die Rohstoffe sind quasi unbegrenzt vorhanden und vergleichsweise günstig, und die Leistungsfähigkeit (Stromtragfä- higkeit) der HTS ist bereits heute etwa hundertmal größer als bei Kupfer und kann noch deutlich gesteigert werden (siehe Bild 12.5). Durch den sehr geringen Widerstand supraleitender Kabel können hohe elektrische Leistungen bei vergleichsweise niedriger Spannung verteilt werden. Dies ermöglicht den Transport größerer Energiemengen bereits auf einem niedrigeren Spannungsniveau (z.  B. 10 kV anstelle von 110 kV) und die Vermeidung von Kosten für höhere Spannungsebenen. Wei- tere Vorteile der HTS-Kabel sind – der geringe Platzbedarf, – das niedrige Gewicht, 364 Bild 12.5 HTS-Roebel-Kabel (vorn) mit 2.600 A Stromtragfähigkeit im Vergleich zu zwölf konventionellen Kabeln mit Kupfer - leiter mit insgesamt derselben Transportkapazität (Quelle: Forschungszentrum Karlsruhe) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – die Vermeidung elektrischer und magnetischer Felder – sowie das absolut neutrale thermische Verhalten nach außen. Diese Eigenschaften prädestinieren die HTS-Technologie heute schon als (teilweise einzige) Lösungsmöglichkeit für spezielle Verteilungspro- bleme [12.5]. 12.2.3 Anwendungsmöglichkeiten der Supraleiter Neben der Wirtschaftlichkeit sprechen weitere, nicht unmittelbar mone- tär bewertbare Vorteile für den Einsatz von HTS. So ist das lineare Über- tragungsverhalten bis zum Grenzstrom (konstanter minimaler Widerstand) von Vorteil, da es neue Netzkonzeptionen erlaubt. Ein sehr interessanter Anwendungsfall für supraleitende Kabel ist die Energieversorgung in Ballungsgebieten [12.7]. Bild 12.6 zeigt schema- tisch, wie bei der konventionellen Lösung die Energie über Umspann- anlagen (UA) HS/MS (110 kV auf 10 bzw. 20 kV) in das städtische Netz eingespeist und in der Mittel- und Niederspannungsebene weiter verteilt wird [12.8, 12.9]. In den Zentren großer Städte sind zahlreiche UA vor- handen, die in aller Regel nicht sichtbar sind, da es sich um Innenraum- anlagen mit Kabeleinspeisungen handelt. Nichtsdestotrotz sind diese Anlagen aufwändig und beanspruchen sehr viel Raum; bei größeren Wartungs- oder Instandhaltungsarbeiten ist eine äußerst sorgfältige lo- gistische Vorbereitung erforderlich. Bild 12.6 Innenstadtversorgung konventionell [12.8, 12.9] 365 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Zur Erzielung „schlankerer“ Netzstrukturen wäre es daher wünschens- wert, die Hochspannungstechnik aus dem direkten Innenstadtbereich in Randbereiche zu verlagern und über einige 110-kV-Einspeisungen an der Peripherie die Energieverteilung im Zentrum über ein Mittelspan- nungsnetz zu realisieren. Wegen der auf Grund sehr hoher Lastdichten erforderlichen großen Anzahl paralleler Kabelsysteme und der ohnehin sehr vollen Leitungstrassen im städtischen Bereich kommen daher kon- ventionelle Kabel nicht in Frage. Eine Lösung könnte jedoch in der Ver- wendung supraleitender Mittelspannungskabel bestehen (Bild 12.7). Zudem kann die Versorgungssituation in Ballungszentren die Verbindung von Last- bzw. Einspeiseschwerpunkten im Bereich mehrerer 100 MVA er- forderlich machen, die bisher nur mittels 400-kV-Anbindung realisierbar war. Auch hier kann die Supraleitung auf der 110-kV-Ebene eine einem 400-kV- System gleichkommende Leistung übertragen (z. B. 700 MVA). Zusammen mit der Einsparung von 400/110-kV-Umspannanlagen im Stadtbereich kön- nen solche Konzepte zukünftig völlig neue Lösungsansätze für die stabile und zukunftsfähige Versorgung von Ballungszentren liefern. Vom „supraleitenden Innenstadtnetz“ werden eine Reihe von Vorteilen erwartet, wie beispielsweise – Geringere Trassenbreite – Geringerer Anlagenbaugröße 366 Bild 12.7 Innenstadtversorgung mit supraleitenden Mittelspannungs- kabeln [12.8, 12.9] www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 367 – Keine elektromagnetische Beeinflussung – Entfall von HS/MS-Umspannanlagen in der Innenstadt – Geringere Verluste (Kabel, Transformatoren) Auch im Hinblick auf zukünftige Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge können supraleitende Energiekabelnetze größere Bedeutung gewinnen. Vor allem, wenn sogenannte Hochleistungs-Schnellladestationen in grö- ßerer Stückzahl im Stadtbereich installiert werden sollen, könnte die Su- praleitung zu einem wichtigen Bestandteil des Versorgungskonzeptes werden. Bei Vorhandensein eines Mittelspannungsnetzes mit HTS-Kabeln kön- nen auf der nachgelagerten Niederspannungsseite größere Netzschlei- fen realisiert und somit Ortsnetzstationen eingespart werden, denn für den zulässigen Spannungsfall zwischen Hochspannungsabgang und Niederspannungshausanschluss kann in diesem Fall fast ausschließlich das Niederspannungsnetz genutzt werden. Ein weiterer Anwendungsfall der Supraleiter ist die Kurzschlussstrombe- grenzung: Übersteigt im Kurzschlussfall der Strom einen bestimmten Wert und kommt es in Folge davon zur Überschreitung der Sprungtemperatur (siehe Abschnitt 2.7.7.4), so verliert das Material in Sekundenbruchteilen seine supraleitende Eigenschaft und begrenzt den Strom durch einen hohen Widerstand (Bild 12.8). Eine Ausnutzung dieses physikalischen Ef- Bild 12.8 Elektrischer Wider- stand von Supraleitern und Normalleitern (schematische Darstellung) Bild 12.9 Supraleitender drei- phasiger Kurzschlussstrom - begrenzer www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 fekts bietet den Vorteil, dass Netzbereiche einfacher gekoppelt und Schaltanlagen in laststarken Gebieten nicht mehr für die sehr hohen Kurz- schlussströme dimensioniert werden müssten, was erhebliche konstruk- tive Vereinfachungen und damit Einsparungen ermöglichen würde. Solche supraleitenden Kurzschlussstrombegrenzer sind mittlerweile für Spannungen bis 132 kV im Einsatz. Weitere Einsatzgebiete in der Energietechnik In Bereichen, wo Platz, Gewicht oder die angesprochenen Emissionen (elektrisch, magnetisch oder thermisch) eine Rolle spielen, stellen HTS- Verbindungen oft die beste Option dar. Kompaktheit und geringes Ge- wicht sind beispielsweise auch im Bahn- oder Schiffsbereich entscheidend. HTS-Generatoren (oder -Motoren) bieten aktuell Ge- wichtsersparnisse von bis zu 50  % (in der Leistungsklasse von mehre- ren Megawatt). Sie gestatten aufgrund der kleineren Baugröße außerdem neue Konzepte im Bereich der Windenergieanlagen. In dem EU-geförderten-Projekt „EcoSwing“ soll die Eignung der Technologie für Großanlagen bestätigt werden. [12.10] 12.2.4 Wirtschaftlichkeit der Supraleiter Der Vielzahl an Vorteilen supraleitender Kabel stehen heute noch ver- gleichsweise hohe Herstellungskosten gegenüber. Die Rohmaterialien sind zwar kostengünstig, aber der heutige Preis eines HTS-Bandleiters der 2. Generation (sehr dünne Keramikschicht auf Stahlband) wird derzeit im Wesentlichen durch die hohen Prozesskosten determiniert. Mit zuneh- mendem Volumen hergestellter HTS-Bänder werden diese Kosten stark fallen und es ist absehbar, dass sogar die auf den Stromtransport bezo- genen heutigen Leiterkosten von Kupfer (€/kA·m) unterschritten werden. Zudem ist die derzeitige Fertigungskapazität von HTS-Leitern begrenzt. Ein Ziel bei der Weiterentwicklung der HTS-Leiter ist das Minimieren der Wechselstromverluste; auch wenn sie bereits Größenordnungen unter denen von Kupfer liegen, sind sie noch ein begrenzender Faktor bei län- geren HTS-Kabelstrecken, da auch kleinste Verluste einen Wärmeein- trag bewirken, der durch die Kühlung ausgeglichen werden muss. Für viele potenzielle HTS-Anwendungen stellen die Investitionskosten eine Hürde dar. Die Bedeutung dieser Barriere nimmt mit fallenden Her- 368 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 stellungskosten für HTS-Materialien ab. Weiterhin beeinflussen die Kos- ten für Verlustenergie sowie die Kosten der durch die Verluste verur- sachten CO2-Emissionen den Break-even beim Einsatz der HTS-Technologie. Diese kann daher schon bald eine wirtschaftliche Al- ternative sein. Die Autoren von [12.5] haben ermittelt, unter welchen Umständen der Einsatz von HTS-Betriebsmitteln zu vergleichbaren oder sogar geringeren annuitätischen Kosten (Investitionen und Betriebskos- ten) möglich wäre (siehe Bild 12.10) und dazu drei Varianten betrach- tet. 369 Bild 12.10 Vergleich der annuitätischen Kosten zwischen einem konventionellen städtischen 110-kV-Verteilungsnetz (100 km2, 30 MW/km2) und demselben Netz mit HTS- Mittelspannungsverbindungen; Varianten 1 bis 3 [12.5] www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Basisvariante: traditionelles Netz (Vergleichsgrundlage für Varianten 1 bis 3) – das traditionelle Netz entspricht der in Deutschland und vielen anderen europäischen Ländern üblichen Struktur eines Verteilungsnet- zes in Ballungszentren mit vier Netzebenen und konventionellen Be- triebsmitteln. – Variante 1: traditionelles HS-Netz ersetzt durch HTS-Netz Das traditionelle Hochspannungsnetz (110-kV-Ebene) wird durch ein HTS-Netz ersetzt. Die Nennspannung des HTS-Netzes entspricht der Spannung des nachgelagerten konventionellen Mittelspannungsnet- zes. – Variante 2: traditionelles HS- und MS-Netz ersetzt durch HTS-Netz Sowohl das traditionelle Hoch- als auch das Mittelspannungsnetz werden durch ein HTS-Netz ersetzt. – Variante 3: ausgedehnte NS-Netze als Ergänzung zu Variante 2 Diese Variante unterscheidet sich von Variante 2 durch weiter aus- gedehnte Niederspannungsnetze und damit größere, dafür aber deut- lich weniger Umspannstationen zwischen Mittel- und Niederspan- nungsebene. Die Voraussetzungen für wettbewerbsfähige annuitätische Kosten von HTS-Kabelsystemen auf der Grundlage der betrachteten Varianten sind [12.5]: – Der HTS-Einsatz erfolgt in hochbelasteten Netzbereichen als Teilsys- tem (Hochleistungs-Mittelspannungsnetz als systemischer Ansatz). – Durch den effizienten Stromtransport auf Mittelspannungsebene wird in Ballungsgebieten die Hochspannungsverteilungsnetzebene teil- weise überflüssig und damit auch Umspannstationen, etc. – Die Preise für HTS-Drähte und für die Kühltechnologie sinken. Aufgrund zunehmender Nachfrage und optimierter Fertigungsmethoden ist der Preis für HTS-Leiter in den letzten Jahren bereits deutlich gesun- ken, und somit die letzte Forderung erfüllt. Voraussetzung ist weiterhin, dass hinreichende Produktionskapazitäten aufgebaut werden und mit dem Produktionsvolumen durch Lernkurveneffekte die Leistungsfähig- keit gesteigert und Produktionskosten gesenkt werden können. Dafür muss ein entsprechender Bedarf an HTS-Betriebsmitteln herrschen. Um diesen Bedarf zu schaffen und dem Markt zu Wachstum zu verhelfen, ist zur Initialzündung die öffentliche Förderung von Pilotprojekten sinn- voll. Ein prominentes Beispiel hierfür ist das Projekt AmpaCity, das im nächsten Abschnitt näher beschrieben wird. 370 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 12.2.5 Pilotprojekt „AmpaCity“ in Essen In einer detaillierten internen Studie hat die RWE Deutschland AG (heute: innogy SE) mit Herstellern und Hochschulen untersucht, ob und in welchem Umfang HTS-Kabel für einen aus technischer und wirt- schaftlicher Sicht sinnvollen Einsatz in Stadtnetzen geeignet sind und inwieweit sie eine Alternative zu „klassischen“ Lösungen darstellen. Dabei wurde konkret das Hochspannungsnetz der Stadt Essen betrach- tet, insbesondere um zu klären, ob im Innenstadtbereich eine Substitu- tion von 110-kV-Anlagen durch supraleitende Kabelverbindungen auf der Mittelspannungsebene möglich ist. Von besonderer Bedeutung war dabei die Integration der innovativen Betriebsmittel in das vorhandene Verteilungsnetz, sowohl hinsichtlich der Schnittstellen mit den 110-kV- Einspeisungen als auch bezüglich des Schutzkonzepts [12.7]. Wie die Studie zeigt, können durch den Einsatz von supraleitenden 10- kV-Kabeln im Innenstadtbereich von Essen vier von zehn Umspannan- lagen 110/10 kV entfallen. Ein Ausbau mit konventionellen 10-kV-Kabeln stellt wegen des hohen Trassen- und Raumbedarfs keine sinnvolle Al- ternative dar, was sicherlich auch für andere großstädtische Netze in Anbetracht der Platzverhältnisse im Untergrund Gültigkeit hat. Dahin- gegen würde der Netzausbau mit HTS-Kabeln deutliche Vorteile gegen- über einem reinen 110-kV-Netz bieten, einerseits wegen der einfacheren Netzstruktur und der räumlichen Vorteile der „schlankeren“ 10-kV-Kom- ponenten, aber andererseits auch bei einem Vergleich der in Wirtschaft- lichkeitsrechnungen ermittelten Gesamtkosten (Barwertbetrachtung) der Varianten. Weiterhin lassen die Ergebnisse der Studie erwarten, dass zusätzlich zu den bereits weiter oben angesprochenen Effekten für die Kostendegression durch – Automatisierung und Optimierung der Kabelfertigung – deutliche Reduzierung des Entwicklungsaufwands bei Serienferti- gung sowie – fallweisen Einzug in vorhandene Rohre außer Betrieb zu nehmender Hochspannungskabel künftig supraleitende Mittelspannungskabelanlagen wirtschaftlich bes- ser oder zumindest gleich in Relation zur heutigen Technik sein werden. Auf der Grundlage der positiven Ergebnisse der Studie wurde in der In- nenstadt von Essen eine von dem Hersteller Nexans gefertigte Pilot- strecke (Bild 12.11) mit einem supraleitenden System (10-kV-Kabel und 371 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Strombegrenzer) von einem Kilometer Länge errichtet und damit die Umspannanlagen „Herkules“ und „Dellbrügge“ verbunden [12.11]. Das Pilotprojekt „AmpaCity“ zeigt in der Praxis, dass – beginnend bei Auslegung und Design über die Legung im innenstädtischen Bereich bis zur Erprobung im realen Netzbetrieb unter hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit (Versorgung eines nennenswerten Bereichs der In- nenstadt) – HTS-Kabelanlagen auch für einen Einsatz in großem Maß- stab geeignet sind. Das für einen Dauerstrom von 2.310  A bei 10  kV ausgelegte Kabel ist einen Kilometer lang; damit wird in Essen weltweit erstmals ein HTS- Mittelspannungskabel mit kompaktem konzentrischen Design zur Ver- bindung von zwei Umspannanlagen eingesetzt. Bild 12.12 zeigt ein Stück des 10-kV-Kabels mit konzentrischem Aufbau der Leiter, bei dem auf ein inneres Wellrohr die Aufbauelemente Leiter 1, Isolierung, Leiter 2, Isolierung, Leiter 3, Isolierung und Kupferschirm aufgebracht werden; das Ganze wird dann von einem doppelwandigen Kryostaten umschlossen, auf den im letzten Fertigungsschritt ein PE- Bild 12.11 Trasse des 10-kV-HTS-Kabels in der Innenstadt von Essen 372 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Mantel extrudiert wird. Auf Grund der konzentrischen Anordnung der drei Leiter wird eine sehr kompakte Bauform mit entsprechenden Vor- teilen bei der Handhabung und hinsichtlich der erforderlichen Kühlung erreicht. An den Enden wird das Kabel jeweils mit einem speziellen Endver- schluss (Bild 12.13) an die Schaltanlagen angeschlossen; zwischen den beiden UA ist eine Verbindungsmuffe installiert. Nach der Fertigung des Kabelsystems und dessen Installation im Herbst/Winter 2013 erfolgte im Frühjahr 2014 die Inbetriebnahme [12.12, 12.13]. Eine wesentliche Komponente bei der Umsetzung des Projekts – glei- chermaßen unter zeitlichen sowie wirtschaftlichen Aspekten – ist der Tiefbau. Um die Tiefbauarbeiten mit möglichst geringem Aufwand zügig durchführen zu können und die damit verbundenen Verkehrsstörungen auf ein Minimum zu beschränken, wurde die projektierte Kabeltrasse zwischen den beiden Umspannanlagen in insgesamt 18 Bauabschnitte aufgeteilt. Bild 12.12 Supraleitendes 10-kV-Kabel mit koaxialem Aufbau 373 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Für den späteren Einzug des HTS-Kabels wurden zunächst Leerrohre in den Boden eingebracht. Zwischen den beiden Endpunkten wurde eine Grube für die Montage der Verbindungsmuffe und als Start- bzw. Zielpunkt für den Einzug der beiden Teillängen des Kabelsystems in den Trassenverlauf integriert. Der Kabeleinzug erfolgte ähnlich wie bei kon- ventionellen Hochspannungskabeln. Anschließend wurden die Komponenten des HTS-Systems in den bei- den Umspannanlagen und die Verbindungsmuffe montiert. Der supra- leitende Strombegrenzer und die Kühlanlage sowie ein so genannten U-Bogen zur Aufnahme der Längenänderungen des Kabels sind in einer vorhandenen, leerstehenden Trafozelle in der Umspannstation Herkules installiert (Bild 12.14). Der Vorratstank für den flüssigen Stickstoff wurde im Freiluftbereich der Umspannstation „Herkules“ aufgestellt. Zur Vorbereitung der Inbetriebnahme mussten alle Kontrollsysteme für die Steuerung, Überwachung und Fernüberwachung sowie deren kor- 374 Bild 12.13 Endverschluss zum Abschluss des supraleitenden 10-kV- Kabels www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 375 rektes Zusammenspiel validiert werden, um insbesondere den kälte- und sicherheitstechnischen Betrieb des Systems sicher zu stellen. Nach der Abnahme des Kühlsystems durch den Technischen Überwa- chungsverein wurden Kabelsystem und Strombegrenzer „kaltgefahren“, d. h. mit einer definierten Abkühlgeschwindigkeit und einem festgelegten Procedere auf Betriebstemperatur gebracht. Nach Erreichen eines eingeschwungenen thermischen Zustands er- folgte im nächsten Projektschritt die Überprüfung der Einschaltbereit- schaft. Für diese Inbetriebnahmeprüfung wurde ein Kabelmesswagen eingesetzt und das auch für konventionelle Kabel übliche Prüfverfahren – VLF-Spannungsprüfung mit 0,1-Hertz-Prüfspannung (30 kV), Verlust- faktormessung (bei 10 kV, 15 kV und 20 kV) und Teilentladungsprüfung Bild 12.14 Komponenten des HTS-Systems in der Umspannanlage „Herkules“ 1 Kabel 4 Kurzschlussstrombegrenzer 2 U-Bogen 5 Kühlanlage 3 Endverschluss 6 Stickstofftank www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 (20 kV) – herangezogen. Nach dem Bestehen dieser Inbetriebnahme- prüfung wurde das System formal in den Netzbestand aufgenommen. Im Rahmen mehrerer Kurz- und Erdschlussversuche wurde erfolgreich nachgewiesen, dass das System nicht nur für den ungestörten Betrieb geeignet ist, sondern dass es auch zuverlässig relevante Betriebssitua- tionen im gestörten Betrieb beherrscht. Das HTS-System zeichnet sich durch große Zuverlässigkeit im Dauer- betrieb ohne nennenswerte Probleme aus; lediglich einige kleinere Nach- besserungen an der Kühlanlage, sowie Justierungen der Schutztechnik wurden – meist während des laufenden Betriebs – vorgenommen. Der Innovationscharakter des Pilotprojekts ist ausschlaggebend für die Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, da es potenziell eine Initialzündung für den Aufbau weiterer Produktionska- pazitäten im Bereich der HTS-Materialien, Kühlanlagen und HTS-Kabel- technik darstellt. Mit Erreichen der gesteckten Innovationsziele kann mittel- bis langfristig die Stromversorgung in Ballungsräumen mit hohen Energiedichten durch die teilweise Substitution von 110/10-kV-Umspann- anlagen vereinfacht werden, und nicht zuletzt wird hiermit ein Beitrag zur Sicherung der Technologieführerschaft des Standorts Deutschland auf dem Sektor der supraleitenden Betriebsmittel geleistet. Fazit Mit HTS steht eine Technologie bereit, die Klimaschutz und wirtschaftli- chen Nutzen vereinen und herkömmliche Betriebsmittel in Sachen Effi- zienz um ein Mehrfaches übertreffen kann. Ein großer Vorteil ist, dass HTS in der gesamten Kette der Elektrizitätswirtschaft – von der Strom- erzeugung über Transport und Verteilung bis hin zum Verbraucher (Beispiel Motor) – einsetzbar sind, somit unabhängig von den Primär- energieträgern Nutzen bieten. Dass HTS zudem neue Netzstrukturen erlauben oder die konstruktiven Möglichkeiten im Maschinenbau erwei- tern, ist ein zusätzliches Plus. Ein Engagement von Politik und Wirt- schaft zugunsten der HTS würde also technische Innovation beschleunigen, auf breiter Front den Klimaschutz fördern und mittel- bis langfristig Kostensenkungspotenziale eröffnen. 376 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Auf dem Weg zu bedarfsorientierter Energieerzeugung, -übertragung und -verteilung sind wir unseren Kunden ein wichtiger Begleiter. Mit wegweisenden Innovationen und kontinuierlichen Verbesserungen eines stetig wachsenden Produktprogramms, setzen wir in der Verbindungs- und Anschlusstechnik immer wieder neue Maßstäbe. Wir unterstützen Sie mit kompakten, montagefreundlichen, langlebigen und sicheren Energiekabelgarnituren, die höchsten Qualitätsansprüchen und den strengen Vorga- ben internationaler Normen gerecht werden. www.nexans-power-accessories.com info.power-accessories@nexans.com WIR VERBINDEN DIE STROMNETZE DER WELT. ENERGIE IST UNSERE ZUKUNFT. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 378 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 13 Vorschriften und Normung Die Normung bildet die Basis für die technische und wirtschaftliche Zu- sammenarbeit und ist Voraussetzung für den freien Warenaustausch. Die Norm beschreibt Funktion und Eigenschaften dergestalt, dass das Zusammenwirken unterschiedlicher Betriebsmittel gewährleistet ist und dass die Betriebsmittel herstellerunabhängig austauschbar sind und da- durch anwendungsspezifische Sonderforderungen minimiert werden. Für die Einhaltung dieser Anforderungen existieren entsprechende Prüf- normen. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Normung ist die Festlegung der sicherheitsrelevanten Merkmale für Hersteller, Anwender und unbe- teiligte Dritte. Die Normen beschreiben im Bereich der Starkstromkabel den am Markt üblichen Stand der Technik und definieren die Regel der Technik. Die elektrotechnische Normungsarbeit hat sich wie folgt entwickelt: 1895 Der VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker e.V.) erstellt die erste deutsche Sicherheitsvorschrift für elektrische Starkstrom- anlagen (entsprechend DIN VDE 0100). 1906 Die IEC (International Electrotechnical Commission), die für die Erarbeitung von internationalen elektrotechnischen Normen zu- ständig ist, wird gegründet. 1937 Die zweite Durchführungsverordnung zum Energiewirtschaftsge- setz tritt in Kraft; die VDE-Normen gelten als anerkannte Regeln der Technik. 1970 Mit dem Vertrag zwischen DNA (Deutscher Normenausschuss e.V.) und VDE wird die Deutsche Elektrotechnische Kommission (DKE) gegründet; die DKE übernimmt fortan die Normungs- und Vorschriftenarbeit. 1973 Die CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotech- nique) für die Normung auf europäischer Ebene (Harmonisierung der nationalen Normen) wird gegründet. Ursprünglich wurde in Deutschland die elektrotechnische Normung vom Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE) e.V. – heute VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. – durchgeführt. Mit dem Vertrag zwischen dem Deutschen Normenausschuss e.V. (DNA) – 379 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 heute Deutsches Institut für Normung (DIN) – und dem VDE vom 13. Ok- tober 1970 wurde als gemeinsames Organ die Deutsche Elektrotechni- sche Kommission (DKE) – heute Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE – gebildet. Die dafür gül- tige DIN VDE 0022 regelt in einer aktualisierten Satzung die Zusammen- arbeit [13.1]. Die DKE übernimmt die Normungs- und Vorschriftenarbeit. In diesem Gremium wird die Normung gemeinsam von kompetenten Fachleuten aus den so genannten „interessierten Kreisen“ aus Wissen- schaft, Elektroindustrie, Elektrizitätswirtschaft, Elektrohandel, Elektro- handwerk, Verbraucherschaft, Behörden, Berufs genossenschaften, Technische Überwachungsorganisationen, Versicherern sowie Prüf- und Forschungsinstituten erarbeitet. Durch das öffentliche Einspruchsverfah- ren können alle Interessen berücksichtigt werden. Wichtig dabei ist, dass die Normen nach dem Konsensprinzip erarbeitet werden und damit die Voraussetzung für die Akzeptanz der Normen als anerkannte Regel der Technik gegeben ist. Die Normen werden gleichzeitig als VDE-Bestim- mungen in das VDE-Vorschriftenwerk aufgenommen. Damit wird ihre Be- deutung für sicherheitstechnische Festlegungen unterstrichen, sie gelten somit als sicherheitstechnische Normen. Die Regeln für den Aufbau und die zu erfüllenden Anforderungen sowie Empfehlungen für die Verwendung sind für Starkstromkabel und -leitun- gen weitgehend in nationalen, europäischen und zunehmend in inter- nationalen Normen festgelegt. Im Zuge der Harmonisierung des europäischen Marktes hat die europaweite Normung, insbesondere im Hinblick auf den Abbau von Handelshemmnissen, absolute Priorität [13.2]. Dadurch haben sich grundlegende Änderungen sowohl in der Bearbeitung als auch in der Darstellung der Normen ergeben. Kabel für Verteilungsnetze sind im Vergleich zu anderen elektrotechni- schen Produkten stärker durch Normen beschrieben, da sie wesentliche Unterschiede zu Produkten wie z. B. Transformatoren oder Schaltern aufweisen. In ihrer Rolle als Verbindungselement über lange Distanzen sind sie unterschiedlichsten Betriebsbedingungen sowohl über die Ver- bindungslänge als auch über die gesamte Lebensdauer ausgesetzt. Sie sind zudem, bedingt durch ihren Aufbau und die Legung in Erde, einer regelmäßigen Wartung nicht zugänglich, und ein Austausch ist wegen der hohen Kosten für die Erdarbeiten extrem aufwändig. Um den hohen Ansprüchen an die Lebenserwartung und die Zuverlässigkeit zu genü- gen und ein einwandfreies Zusammenspiel von Kabeln und Garnituren zu gewährleisten, ist es erforderlich, bei der Normung einen angemes- sen hohen Aufwand zu treiben. 380 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 13.1 Nationale Normung Die Normungsarbeit in der DKE ist in verschiedene Bereiche und dort wieder in mehrere Fachbereiche aufgeteilt (Bild 13.1). Die Normung für Starkstromkabel, -leitungen und Garnituren erfolgt im Fachbereich 4, sie ist dem Komitee K 411 (Starkstromkabel und isolierte Starkstromlei- tungen) und zugehörigen Unterkomitees (UK) zugeordnet: – UK 411.1: Starkstromkabel – UK 411.2: Isolierte Starkstromleitungen – UK 411.3: Starkstromkabelgarnituren Bild 13.1 Struktur der Normungsarbeit bei DKE 381 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 13.1.1 DKE K411 Das Komitee K 411 ist für die Normenpolitik und die Koordinierung der einzelnen Unterkomitees und der übergreifenden Arbeitskreise (Strom- belastbarkeit und Verwendung von Kabeln und Leitungen, Werkstoffe, Prüfverfahren und Brandverhalten) verantwortlich. Bei der Festlegung der Normenpolitik und dem damit verbundenen Aufwand sind sowohl die Marktrelevanz als auch die zur Verfügung stehenden Ressourcen zu berücksichtigen. Folgende Faktoren sind zudem für eine effektive und erfolgreiche Normung von entscheidender Bedeutung: – Die Normung sollte weiterhin vorzugsweise „freiwillig“ durch die unmit- telbar beteiligten Partner erfolgen und möglichst nicht ausschließlich „Dritten“ z. B. dem Gesetzgeber überlassen werden. Nur so kann die Marktrelevanz und der Bezug zur Verwendung sichergestellt werden. – Eine frühzeitige und aktive Beteiligung kompetenter Experten insbe- sondere bei den IEC- und CENELEC-Aktivitäten verhindert, dass Nor- mungsergebnisse übernommen werden müssen, die nicht dem angestrebten Ziel entsprechen. Die Unterkomitees bearbeiten die Normentexte sowohl fachlich als auch redaktionell. Sie veröffentlichen die Entwürfe der Normen, bearbeiten die eingehenden Einsprüche, erstellen und veröffentlichen in Abstim- mung mit dem zuständigen Komitee die endgültigen Normentexte. 13.1.2 DKE UK411.1 Starkstromkabel Die relevanten Aufbaunormen für Starkstromkabel und -leitungen sind in der Gruppe 2 „Energieleiter“ (d. h. alle VDE-Bestimmungen, die mit den Ziffern 02 beginnen, z. B. 0276) des VDE-Vorschriftenwerkes, die zuge- hörigen Prüfnormen in Gruppe 4 „Messen, Steuern, Prüfen“ zu finden. Ziel ist es, durch Festlegung des Aufbaus, der Materialien und der Prüf- kriterien sicherzustellen, dass das Kabel die sicherheitstechnischen Mindestanforderungen erfüllt, der Vielfalt der auftretenden Betriebs- bedingungen während der geplanten Lebensdauer gewachsen ist, funk- tionstüchtig bleibt und dass eine definierte Basis für die Garniturenzuord- nung vorhanden ist. Dabei sind folgende Kriterien zu berücksichtigen: – Kabelaufbau – Abmessungen – elektrische Eigenschaften 382 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 – mechanische Eigenschaften – thermische Eigenschaften – Verhalten gegenüber äußeren Einflüssen Die Arbeit an den wichtigsten DIN-VDE-Bestimmungen für kunststoff- isolierte Starkstromkabel in der Mittel- und Hochspannung folgt einem international festgelegtem Zeitplan zur Überarbeitung mit den nötigen Anpassungen an die aktuellen Erkenntnissen bei der Herstellung und Anwendererfahrung. Bei den Mittelspannungskabeln konnten durch diese Kontinuität einige Produktmerkmale angepasst und bei Inbetrieb- nahmeprüfung neue Prüfverfahren eingearbeitet und zusätzlich Hin- weise für den Anwender zur Qualitätsausrichtung empfohlen werden, siehe auch Abschnitt 5. In der Hochspannung konnte eine weitere An- gleichung der Prüfsystematik an die internationale Normung bei IEC und den deutschen Anwendererfahrungen umgesetzt werden. Es ist immer zu beachten, dass eine Norm die möglichen aktuellen Anfor- derungen nicht zeitnah zur Projektaufgabe, insbesondere die Erfordernisse durch Energiewende vollständig abdecken kann. Die nach einer Norm ge- fertigten Produkte schließen in der Regel zusätzliche Leistungsmerkmale ein, die insbesondere die Erfahrungen bei Legung, Montage und Betrieb berücksichtigen. Jede einzelne Eigenschaft zu normen würde bedeuten, dass Produktanpassungen ausschließlich über den zeitintensiven Nor- mungsprozess und die mehrjährigen Überarbeitungsintervalle (Mainten- ance Cycle) erfolgen müssten. Während die Einhaltung der Norm eine unverzichtbare Basis für die Lieferung ist, spielt das Vertrauensverhältnis zwischen Anwender und Lieferant auf der Basis der Betriebserfahrungen und bei der Präqualifikation der Lieferanten eine wesentliche Rolle. Es wurde auch für die Starkstromkabel in der Spannungsebene > 110 kV für die Transportnetzebene eine IEC-Norm (IEC 62067) in das na- tionale Regelwerk in DIN VDE 0276-2067 überführt. Darüber hinaus werden auf der Basis von CIGRE-Arbeitsgruppen mit Anwendererfahrungen Normen für Seekabel und Supraleiterkabel ent- wickelt. 13.1.3 DKE UK411.3 Starkstromkabelgarnituren Die relevanten Aufbaunormen für Starkstromkabelgarnituren werden, wie für Kabel in Abschnitt 13.1.1 beschrieben, in der zugehörigen DKE- Struktur bearbeitet. 383 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Ziel ist es, für die verschiedenen Garniturentechnologien die geeigneten Prüfkriterien festzulegen, um zu gewährleisten, dass die Kabelgarnitu- ren die sicherheitstechnischen Mindestanforderungen erfüllen. Kabel müssen während der geplanten Lebensdauer funktionstüchtig bleiben, d. h. der Vielfalt der auftretenden Betriebsbedingungen gewach- sen sein. Dabei gelten folgende Anforderungen: – Kabelaufbau muss bekannt sein – Abmessungen müssen zu den Kabelabmessungen passen – Elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften müssen denen der Kabel entsprechen – Verhalten muss gegenüber äußeren Einflüssen resistent sein Zu den Garnituren gehört auch die Abschluss- und Verbindungstechnik. Somit werden die zugehörigen Kontaktsysteme ebenfalls im UK411.3 bearbeitet. 13.2 Zusammenhang zwischen nationaler, europäischer und internationaler Normung Die nationale Normung wird durch die europäische Normung bestimmt, die sich wiederum auf die internationale Normung abstützt (Tabelle 13.1). Die internationale Normung erfolgt bei ISO (International Organization for Standardization), die europäische bei CEN (Comité Européen de Normalisation). Die entsprechenden Organisationen für die elektrotech- nische Normung sind IEC (International Electrotechnical Commission) und CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique). Die erarbeiteten Normen sind lEC-Normen (Tabelle 13.2), EN (Europäi- sche Normen) und HD (Harmonisierungsdokumente). Während die EN unverändert, d.  h. im Wortlaut, in nationale Normen zu übersetzen sind, müssen aus den HD nur die relevanten Teile inhalt- lich in die nationalen Normen übernommen werden, entgegenstehende nationale Normen zurückgezogen werden. In Bild 13.2 sind beispielhaft Deckblätter von DIN-VDE-Bestimmungen gezeigt. Daraus wird die Verknüpfung der nationalen mit den europäi- schen und internationalen Normen deutlich. 384 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 385 Tabelle 13.2 IEC-Normen für Starkstromkabel Tabelle 13.1 Normung auf nationaler, europäischer und internationa- ler Ebene nationale Normung europäische Normung internationale Normung allgemeine Normungsorganisation DIN CEN ISO elektrotechnische Normungsorganisation DKE CENELEC IEC entsprechende Normen der Elektrotechnik DIN VDE, DIN EN, HD IEC IEC - Nummer Thema1) Bauarten und Garnituren kunst- stoff- isoliert 60502 Nieder-, Mittelspannung 60840 Hochspannung ≤ 150 kV 62067 Hochspannung > 150 kV papier- isoliert 60141 Hochspannung 60055 Nieder-, Mittelspannung Übergeordnete Bestimmungen 60050-461 Begriffe 60364 Errichtung 60183 Verwendung 60228 Leiter Belastbarkeit 60287 Belastbarkeit, ungestörter Betrieb 60724 zul. Kurzschlusstemperaturen (1 bis 3 kV) 60986 zul. Kurzschlusstemperaturen (6 bis 30 kV) 61443 zul. Kurzschlusstemperaturen (> 30 kV) 60949 Berechnung der Kurzschlussströme 60853 Zyklischer Betrieb Prüfmethoden 60229 Kabelmäntel 60230 Stoßspannung 60331 Isolationserhalt 60332 Brandverhalten 60754 Halogenfreiheit 61034 Rauchdichte 60811 Werkstoffprüfung 61238 Leiterverbinder 61442 Garnituren 60885 Teilentladung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 386 Bild 13.2 Beispiele für die Bezeichnung von Normen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die IEC ist bestrebt, eine Koordinierung der elektrotechnischen Normen weltweit voran zu bringen. Die von der IEC herausgegebenen Doku- mente sind Normen, Technische Berichte, Technische Spezifikationen und Empfehlungen. Eine gesetzliche Regelung, die eine Übernahme der lEC-Normen erzwingen könnte, gibt es nicht. Dennoch ist eine Reihe der mitarbeitenden Länder in den letzten Jahren stark zunehmend übereingekommen, lEC-Normen, denen sie zuge- stimmt haben, auch sachlich in die nationalen Normen mit zu überneh- men. Das gilt im Wesentlichen auch für die DIN-VDE-Bestimmungen, die als Basis die lEC-Anforderungen berücksichtigen. Berücksichtigt werden in den DIN-VDE-Bestimmungen aber zusätzlich alle nationalen Besonderheiten z.  B. aufgrund der geltenden Gesetze, der Qualitäts- anforderungen und des Netzbetriebs. 13.3 Harmonisierung der Normung in Europa Bereits 1957 wurde im EG-Vertrag („Römische Verträgen“) in einem Ar- tikel (heute aktuell Nr. 114) festgelegt, durch Richtlinien diejenigen Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten einander an- zugleichen, die sich unmittelbar auf die Errichtung oder das Funktionie- ren des gemeinsamen Marktes auswirken [13.3]. Auf dem Gebiet der Technischen Regelwerke nimmt die CENELEC die Aufgabe wahr, die in Europa geltenden Normen zu harmonisieren. Mit Öffnung des europäischen Marktes in den 1990er Jahren ist die Be- deutung der europäischen Normen gegenüber den nationalen Normen stark gestiegen. Aufgabe ist es, die national vorhandenen Normen in europäische Normen zu überführen und andererseits europäische Richt- linien in nationales Recht umzusetzen. Der Schwerpunkt der deutschen Normungsaktivitäten hat sich seit dieser Zeit auf die Harmonisierung der europäischen elektrotechnischen Normungsorganisation CENELEC konzentriert, (siehe auch Abschnitt 13.2) mit steigender Tendenz zu IEC-Normen. Wichtig für den Anwender ist dabei, dass die in den DIN- VDE-Bestimmungen festgelegten anerkannten Regeln der Technik bei- behalten und nicht auf ein niedrigeres Niveau herabgesetzt werden. An der Erarbeitung der Harmonisierungsdokumente (HD) und der Eu- ropäischen Normen (EN) sind nicht nur die Länder der Europäischen Union, sondern auch die dem europäischen Wirtschaftsraum (EWR) bei- getretenen Länder beteiligt. 387 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Dabei sind folgende Grundsätze von Bedeutung: – Die nationalen Aktivitäten werden soweit wie möglich zugunsten der europäischen Normung reduziert und neue Normen möglichst nur noch als EN erarbeitet. Das so genannte Vilamoura-Verfahren schreibt vor, dass jedes nationale Normungsvorhaben gemeldet werden muss. Die einzelnen Mitgliedsländer können dann entscheiden, ob sie sich an dieser Normung im Rahmen der CENELEC beteiligen. Ein natio- nales Normungsvorhaben kann nur dann durchgeführt werden, wenn vier andere CENELEC-Mitglieder auf einer europäischen Normung bestehen. – Die Ergebnisse der internationalen Normungsarbeit in IEC fließen, so- weit irgend möglich, ohne weitere Verzögerung in die CENELEC-Nor- mungsarbeit ein. Im Zuge des so genannten „Parallel Voting IEC/CENELEC“ werden von IEC erarbeitete Entwürfe, bezeichnet als DIS (Draft International Standard), entsprechend der Vorgabe des betroffenen Technischen Komitees, gleichzeitig in CENELEC abge- stimmt und bei Annahme in eine Europäische Norm (EN) umgewan- delt. Im so genannten „Dresden Agreement“ von 1996 wird die Möglichkeit eröffnet, Normenvorhaben aus dem CENELEC-Bereich in die IEC-Arbeit einzubringen. Die schnelle und sachlich kompetente Beurteilung aller internationa- len (IEC) und europäischen (CENELEC) Normenvorschläge mög- lichst durch kompetente und aktive Mitarbeit durch die verantwortli- chen nationalen Normengremien ist eine wesentliche Voraussetzung, den gewünschten Stand der Technik zu erhalten und weiter zu entwi- ckeln. Unmittelbarer Anlass für die seit Anfang der 1990er Jahre laufenden Ak- tivitäten auf dem Gebiet der Starkstromkabel in CENELEC war die Um- setzung der öffentlichen Beschaffungsrichtlinie (Sektorenrichtlinie) [13.4]. Danach ist ab bestimmten Wertgrenzen des angefragten Volu- mens jeder europäische Netzbetreiber gehalten, europaweit auszu- schreiben. Die Richtlinie setzt „transparente, verfügbare“ Normen (Beseitigung der Handelshemmnisse) voraus. Da es in den einzelnen europäischen Ländern unterschiedliche gesetz- liche Vorschriften und in den Verteilungsnetzen unterschiedliche Netz- bedingungen gibt, ist eine Vereinheitlichung der Verteilungskabel nur bedingt möglich. Daher hat man sich entschlossen, zunächst die derzeit 388 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 bestehenden nationalen Normen für Starkstromkabel in öffentlichen Ver- teilungsnetzen in so genannten „Kompendien“ zusammenzustellen, sie in eine einheitliche Form zu bringen und als HD zu veröffentlichen. Die- ses Verfahren ist im Moment der einzige Weg, den in den einzelnen Ländern bestehenden Stand der Technik unter Berücksichtigung der na- tionalen Vorschriften zu sichern. Die relevanten DIN-VDE-Bestimmun- gen und damit der in Deutschland erreichte Stand der Technik sind in die entsprechenden HD eingebracht worden. Die HD sind in mehrere Teile gegliedert. Dabei enthält der Teil 1 allge- meine Anforderungen (Anforderungen, die für alle Kabel gelten, wie z. B. Festlegung der Isolierwanddicken) und der Teil 2, soweit vorhan- den, Hinweise auf Prüfverfahren. Die folgenden Teile enthalten im We- sentlichen – nach Bauarten, z. B. den Werkstoffen der Isolierung bzw. den metallenen Hüllen, sortiert – die einzelnen Hauptabschnitte mit den Bauarten der Mitgliedsländer. Die für Deutschland relevanten HD für Kabel werden in der DIN-VDE- Bestimmung der Normreihe 0276 zusammengefasst. Die jeweilige Nummer des HD (z. B. HD 603) gibt den betreffenden Teil der entspre- chenden DIN-VDE-Bestimmung (z. B. DIN VDE 0276-603) an. In den DIN-VDE-Bestimmungen sind nur diejenigen Teile und Hauptabschnitte des jeweiligen HD aufgenommen, die national angewendet werden (z. B. DIN VDE 0276-603.5G für unbewehrte VPE-isolierte Nieder - spannungskabel). In den Tabellen 13.3 und 13.4 ist dargestellt, welche „alten“ DIN-VDE-Bestimmungen in die HD eingeflossen sind und welche „neuen“ DIN-VDE-Bestimmungen daraus entstanden sind. Dabei ist zu beachten, dass die HD für Garnituren und Hochspan- nungskabel keine Aufbauanforderungen, sondern nur Prüfanforderun- gen beinhalten. Die Kennzeichnung auf dem Kabelmantel mit dem eingetragenen Zei- chen und Angabe der Norm (z.  B. < VDE > 0276) lässt keine Unter- scheidung der einzelnen Bauarten mehr zu. Deshalb wird die Kennzeichnung um die Bauartkurzzeichen und die Spannung (z. B. NAYY 1 kV) erweitert. Nationale Normen werden dann zurückgezogen, wenn ihr Inhalt in einer harmonisierten europäischen Norm festgelegt ist. So wurden viele DIN VDE Normen seit vielen Jahren in der Normreihe DIN VDE 0276 über- führt und folgen den international gültigen Regularien. 389 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 390 Die Bauarten, die nicht in die HD aufgenommen wurden, verbleiben als „nationale Restbestände“ in den bekannten Normen, z. B. – DIN VDE 0271 (z. B. bewehrte Kabel) – DIN VDE 0266 (ehemalige Teile 3 und 4) Tabelle 13.3 Harmonisierungsdokumente (HD), Europäische Normen (EN) und DIN-VDE-Bestimmungen für Niederspannungs kabel und -garnituren 1) zusätzliche Prüfmethoden Produkt Inhalt der Be - stimmungen Anwendungsbereich HD DIN VDE Kabel Prüfmethoden alle Kunststoffkabel 605 0276-605 Aufbau und Prüfanforde- rungen Kunststoffkabel für Vertei- lungsnetze 603 0276-603 Teile 1, 3G 0276-603 Teile 1, 5G Kabel mit verbessertem Ver- halten im Brandfall für Kraft- werke 604 0276-604 Teile 1, 5G isolierte Freileitungen 626 0276-626 Teile 1, 21) 4F und 9F Steuerkabel 627 0276-627 Teile 1, 21) 7H 0276-627 Teile 1, 21) 4H Produkt Inhalt der Be- stimmungen Anwendungsbereich EN DIN VDE Garnituren Prüfanforde- rungen Kunststoffkabel 50393 0278-393 Kunststoffkabelgarnituren 50655 0278-655 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 391 Hochspannungskabel werden in weit geringerem Umfang als Nieder- und Mittelspannungskabel eingesetzt. Sie werden viel stärker auf den vorliegenden Einzelfall ausgelegt und optimiert. Deshalb sind nicht alle Parameter der Hochspannungskabel in der Normung festgelegt. Daher ist es umso wichtiger, für Hochspannungskabel und -garnituren die we- sentlichen Prüfanforderungen festzulegen, die ein einwandfreies Be- triebsverhalten erwarten lassen. Für Hochspannungskabel wurde folgende Struktur – ähnlich den HD für Nieder- und Mittelspannungskabel – beschlossen: – Teil 1: IEC 60141 (für papierisolierte Kabel), IEC 60840 (für kunst- stoffisolierte Kabel) Tabelle 13.4 Harmonisierungsdokumente (HD), Europäische Normen (EN) und DIN-VDE-Bestimmungen für Mittelspannungskabel und -garnituren 1) zusätzliche Prüfmethoden Produkt Inhalt der Be - stimmungen Anwendungsbereich HD DIN VDE Kabel Prüfmethoden alle Kunststoffkabel 605 A1 0276-605 A1 Aufbau und Prüfanforde- rungen Kunststoffkabel für Vertei- lungsnetze 620 0276-620 Teile 1, 3C, 4C 0276-620 Teile 1, 10-C Massekabel für Verteilungs- netze 621 0276-621 Teile 1, 21) 3C, 4C Kabel mit verbessertem Ver- halten im Brandfall für Kraft- werke 622 0276-622 Teile 1, 4D Produkt Inhalt der Be- stimmungen Anwendungsbereich EN DIN VDE Garnituren Prüfmethoden Kunststoff- und Massekabel 61442 0278-442 Prüfanforde- rungen Kunststoff- und Massekabel HD 629-1 HD 629-2 0278-629 Teil 1 0278-629 Teil 2 Kunststoffkabelgarnituren 50655 0278-655 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 392 – Teil 2: zusätzliche Prüfmethoden, die in Europa zur Anwendung kom- men – Teil 3 ff: Prüflisten mit einer Zusammenfassung der für die jeweilige Bauart der einzelnen europäischen Länder relevanten Prüf - anforderungen und -methoden Die Normung eines europäischen Standardkabels für den Bereich der elektrischen Energieversorgung ist im Hinblick auf die in den einzelnen Ländern bestehenden unterschiedlichen gesetzlichen und technischen Rahmenbedingungen nicht möglich, aber auch nicht erforderlich. Aller- dings werden mit Sicherheit von der Vergleichbarkeit und Transparenz der neuen HD deutliche Impulse auf die weitere Entwicklung der Pro- dukte ausgehen. Eine Konzentration auf weniger Bauarten muss län- gerfristig in die Überlegungen einbezogen werden. Sinnvoll ist hier ein abgestimmtes schrittweises Vorgehen. 13.4 Normenkonformität In einem von Handelshemmnissen – soweit sie durch Normen begrün- det waren – weitgehend befreiten europäischen Markt kommt dem Nachweis der Normenkonformität eine entscheidende Bedeutung zu. Die grundsätzliche Vorgehensweise beim Nachweis der Normenkonfor- mität ist in Bild 13.3 aufgezeigt [13.5]. Bei so genannten zeichenfähigen Produkten erteilt das Prüf- und Zerti- fizierungsinstitut des VDE die Genehmigung zum Führen des VDE-Zei- chens. Bei Starkstromkabeln für Verteilungsnetze nach den Normen DIN VDE 0276-620 und -603 wurde Anfang der 1990er Jahre ein Prüfver- Tabelle 13.5 Harmonisierungsdokumente und DIN-VDE-Bestimmun- gen für Hochspannungskabel und -garnituren Produkt Inhalt der Be- stimmungen Anwendungsbereich EN DIN VDE Kabel und Garnituren Prüfanforde- rungen Kunststoffkabel 632 0276-632 Teile 0, 1, 3-D, 4-D, 5-D Niederdruck-Ölkabel 633 0276-633 Teile 1, 3D Gasinnendruckkabel 634 0276-634 Teile 1, 3C Gasaußendruckkabel 635 0276-635 Teile 1, 3C www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 fahren festgelegt, mit dem im Rahmen einer Langzeitprüfung die Qua- lität und Lebensdauer zuverlässig überprüft werden kann [13.6, 13.7]. Das bedeutet im Einzelnen: – Überprüfung der Existenz eines zertifizierten QM-Systems nach DIN EN ISO 9000 – Typprüfung bei neuen Produkten – erneute Typprüfung nach dem so genannten „lEC-Modus“, wenn Än- derungen der Werkstoffe, des Aufbaus oder des Fertigungsprozesses erfolgen, die eine Änderung der Betriebseigenschaften bewirken könn- ten – regelmäßige Wiederholungen der Typprüfung nach ca. 5 Jahren in einem akkreditierten Prüflabor oder unter dessen Begleitung zur Er- fassung der Auswirkung von Teilschritten der Produktmodifikationen Die Erstprüfung im Rahmen einer Zeichengenehmigung erfolgt durch das Prüf- und Zertifizierungsinstitut selber. Bei Einhaltung aller Prüfan- forderungen wird von dem akkreditierten Prüflabor das Prüfdokument erstellt. Liegt für den jeweiligen Hersteller ein QM-Zertifikat nach DIN EN ISO 9000 vor, kann durch das Prüf- und Zertifizierungsinstitut des VDE die Zeichengenehmigung erteilt werden. Zur Aufrechterhaltung der Zeichengenehmigung müssen die oben aufgeführten Wiederholungs- oder erneuten Typprüfungen, bei kunststoffisolierten Mittelspannungs- kabeln zusätzlich die fertigungsbegleitenden Prüfungen durchgeführt werden. Bei nicht zeichenfähigen Produkten, z.  B. bei Garnituren oder Hoch- spannungskabeln, bescheinigt der Hersteller selbst das Bestehen der erforderlichen Prüfungen in Form eines Prüfdokuments (Konformitäts- erklärung des Herstellers), sofern nicht der Auftraggeber Prüfdokumente eines akkreditierten Prüflaboratoriums oder ein Produktzertifikat einer Zertifizierungsstelle verlangt. Das VDE-Zeichen oder das Produktzertifikat sagt also aus, dass das gekennzeichnete Produkt die Norm erfüllt, der Hersteller über ein QM- System verfügt und Typprüfungen regelmäßig wiederholt werden. Die erteilte Zeichengenehmigung und damit das VDE-Zeichen ist somit, was die durchzuführenden Prüfungen anbelangt, gleichwertig zu dem Pro- duktzertifikat. Im Rahmen der Zeichengenehmigung erfolgt jedoch neben der Überwachung der Fabrikation auch die Überwachung des Marktes. In diesem Punkt unterscheiden sich VDE-Zeichen und Pro- duktzertifikat. 393 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 394 Im Falle der anderen DIN-VDE-Normen für Starkstromkabel (z. B. DIN VDE 0276-604 und -622: Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall für Kraftwerke) gilt das o. g. Verfahren sinngemäß. Eine völlig andere Bedeutung hat das CE-Kennzeichen. Das CE-Kenn- zeichen ist eine Erklärung des Herstellers, dass ein bestimmtes Produkt den relevanten Richtlinien der Europäischen Union, z. B. der Niederspan- nungsrichtlinie, entspricht und in allen Ländern der Europäischen Union in den Handel gebracht werden darf. Diese Richtlinien enthalten im We- sentlichen grundlegende Sicherheitsanforderungen, jedoch keine Anfor- derungen an die Qualität. Die Konformität für Produkte, die unter die Niederspannungsrichtlinie fallen, wird nicht durch eine unabhängige In- stitution überwacht. Jeder Hersteller, dessen Produkt die Niederspan- nungsrichtlinie einhält, kann dieses in eigener Verantwortung mit dem CE-Kennzeichen versehen (Herstellererklärung). Damit hat das CE- Bild 13.3 Nachweis der Normenkonformität www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Kennzeichen eine völlig andere Bedeutung und ist mit dem VDE-Zeichen bzw. dem Produktzertifikat nicht vergleichbar. Das CE-Zeichen ist ein rei- nes Handelszeichen und sagt nichts über die Qualität des Produktes aus. Alle Niederspannungskabel fallen unter die Niederspannungsrichtlinie. Sie sind seit dem 01. Januar 1997 mit dem CE-Kennzeichen zwingend zu kennzeichnen, wenn sie im europäischen Markt in den Handel ge- bracht werden. Es wurde vereinbart, dass die CE-Kennzeichnung nur auf der Verpackung (z. B. Spulenetikett) und nicht auf dem Produkt selbst erscheint, um die unterschiedlichen Bedeutungen des CE-Kenn- zeichens und des VDE-Zeichens herauszustellen. Seit dem 01. Juli 2013 gilt die Bauproduktenverordnung verbindlich für alle Mitgliedsstaaten der EU. Für Kabel und Leitungen erfolgt die Zu- lassung nach der harmonisierten Norm hEN50575: 2014 und gilt ab dem 01. Juli 2017 auch für die gefertigten Kabel und Leitungen. So soll si- chergestellt werden, dass die Brandschutzklassen je nach Einsatzfall mit verschiedenem Prüfumfang und -schärfe für den Anwender nach- vollziehbar und die Einhaltung der anspruchsvollen Brandschutzkriterien nachgewiesen dokumentiert wird. 13.5 Materialcharakteristik der Isolierwerkstoffe Materialcharakteristiken für die Komponenten der Garnituren, siehe auch Abschnitt 5.1.2, dienen der eindeutigen Beschreibung und Zuordnung der in der Typprüfung eingesetzten Werkstoffe. Seit 2014 wurde die bisherige Normenreihe HD 631 abgelöst und in die Normreihe EN 50655 überführt. Letztere entspricht der VDE-Klassifikation als Normenreihe DIN-VDE- 0278-655 und enthält anzuwendende Prüfverfahren und Prüfreihen. Die DIN VDE 0278-655 ist aktuell in 3 Standardmaterialkomponenten untergliedert: Teil 1: Gießharze Teil 2: Warmschrumpfschläuche für die Niederspannung und Mittel - spannung Teil 3: Kaltschrumpfschläuche für die Niederspannung und Mittelspannung Hinweis: Ein möglicher Teil 4 für die Aufschiebtechnik ist noch nicht in Planung, würde diese Normreihe mit den derzeitigen Technologien ver- vollständigen. 395 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Die o. g. Normenreihe DIN VDE 0278-655 enthält Angaben zur so ge- nannten Fingerprintprüfung zur Materialcharakterisierung. Die Typprü- fungen für die Komponenten der Garnituren werden international in der Normenreihe IEC 60455 erarbeitet. Der Systematik folgend werden in Teilen die Technologien und Prüfungen aufgegliedert. Im DKE-Regel- werk werden diese in der Normenreihe DIN-VDE-0355 gespiegelt. Ein Beispiel für die fachlich hervorragend ausgeprägte internationale Zu- sammenarbeit stellt die als so genannte „Materialblatt“ geführte DIN VDE 0355-3-8 für Typprüfungen an Reaktionsharzmassen dar. 13.6 Verbindertechnologien in Garnituren Die anzuwendenden Prüfverfahren sind im Wesentlichen in folgenden Fachgrundnormen enthalten: – IEC 61238-1-1: Niederspannungsverbinder – IEC 61238-1-2: Isolationsdurchschneidende Verbinder (engl. Abkürzung: IPC) – IEC 61238-1-3: Mittelspannungsverbinder – IEC 61238-1-4: Hochspannungsverbinder* In diesen vier Teilen werden Vorgaben zur Prüfung der Betriebseigen- schaften je nach Anwendungsbereich gemacht. Aus dem bisherigen nicht mehr zeitgemäßen Gesamtwerk IEC 61238-1 wurde durch die Strukturierung und Aktualisierung die Übersichtlichkeit und Handhab- barkeit wesentlich verbessert und der in der jüngeren Vergangenheit erreichte Stand der Technik eingearbeitet. Hinweis: Teil 4 ist vorgesehen und befindet sich zum Zeitpunkt der Über- arbeitung dieses Kabelhandbuches in Erstellung. Mit Fertigstellung einer extra eingerichteten Arbeitsgruppe zur Erstellung eines CIGRE-Berich- tes mit Empfehlungen wird/kann sich in einer ersten Ausgabe (Edition) dieser Teil 4 an die Erfahrungen aus dem Betrieb mit den elektrischen und mechanischen Beanspruchungen des Teil 3 (MS-Kabel) orientieren. Die Herausforderung besteht hier die Beanspruchungen netzspezifisch in den Prüfungen abzubilden, um die Prüfungen nicht in einen Bereich zu treiben, wo die technisch-wirtschaftliche Notwendigkeit überschritten werden könnte. 396 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 13.7 Meilensteine in der Kabelnormung Nachfolgend werden einige Meilensteine der Normungsgeschichte auf- gelistet und deren Hintergrund und Bedeutung erläutert. Diese Liste kann natürlich nicht vollständig sein, sondern soll nur an einzelnen Bei- spielen die Bedeutung einzelner Normenschritte demonstrieren. Dabei ist zu beachten, dass viele Technologieschritte bereits entwickelt und am Markt erprobt wurden, bevor eine endgültige Übernahme in die Nor- mung erfolgte. Die untenstehenden Jahreszahlen geben das Erschei- nungsdatum der Norm an, in der die Festlegung (z. B. Prüfung, Anforderungswert, Aufbauelement oder Rechenverfahren) erstmalig er- folgt ist, unabhängig davon, ob die Bewertung im Sinne eines Meilen- steines erst in einer der folgenden Ausgaben der Norm erreicht wurde (z. B. durch Verschärfung der Prüfparameter oder ausschließliche Zu- lassung eines Aufbauelementes). Durch die Normung erhielt dieser Schritt aber den Status „Regel der Technik“ und damit die generelle Marktakzeptanz, eine Voraussetzung für eine breitere Anwendung in den Verteilungsnetzen. Einige wichtige Schritte wurden erst in die na- tionalen Normen übernommen, nachdem sie als internationale Normen verabschiedet werden konnten. Etwa 1937 Messung des tan  (DIN VDE 0255) In den Anfängen der Starkstromkabeltechnik wurde der Isolationswider- stand als die bestimmende Größe für die elektrische Festigkeit der Iso- lierung von papierisolierten Massekabeln angesehen. Dieser konnte zwar durch einen höheren Harzanteil der Masse erreicht werden, damit verschlechterten sich aber die dielektrischen Eigenschaften. Durch die Einführung der Schering-Messbrücke zur rationellen und sicheren Be- stimmung des dielektrischen Verlustfaktors tan  und der Festlegung eines Anforderungswertes in Abhängigkeit von der Temperatur und der Spannung konnte der so genannte „lonisationsknick“ (Beginn des Ein- satzes von Teilentladungen in Abhängigkeit von der Spannung) deutlich außerhalb der normalen Betriebsbeanspruchungen gelegt werden. Nachdem 1937 bereits ein Anforderungswert festgelegt wurde, erfolgte 1943 zusätzlich die Vorgabe des zulässigen Anstiegs des tan  in Ab- hängigkeit von der Spannung [13.8 Abschnitt 3.6]. 1951 Einführung der Höchstädterfolie (DIN VDE 0255/..51) An den Flächen der Isolierung beim Übergang auf die Zwickelräume entstehen zwangsläufig hohe Feldstärken, die sehr große Isolierwand- 397 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 dicken, insbesondere bei höheren Spannungen erfordern. Durch die Einführung einer Lage eines metallisierten Papierbandes (aufge- dampfte Metallschicht, perforiert zwecks Durchlass der Masse) auf der Isolierung wird ein radialer Feldverlauf erzwungen (Radialfeldkabel). Das führte bei höheren Spannungen zur Entwicklung so genannter H- Kabel (benannt nach dem Entwickler Höchstädter). Bei diesen dreiad- rigen Kabeln mit nur einem Metallmantel wird das Feld vergleichmäßigt und damit die Beanspruchung deutlich reduziert. Diese Bauart hat sich in Deutschland aber nicht durchgesetzt. Vielmehr wurden für Spannun- gen größer 10 kV einadrige Kabel und Dreimantelkabel entwickelt, die jedoch wegen der nach Belastungszyklen entstehenden Hohlräume zwischen Isolierung und Metallmantel nur eine begrenzte Lebensdauer aufwiesen. Durch Aufbringen der Höchstädterfolie (alternativ Karbon- papier) auf der Isolierung bleiben Hohlräume zwischen Isolierung und Mantel feldfrei. So wurde die wirtschaftliche Herstellung von Kabeln für höhere Spannungen ermöglicht (erstmalig vorgeschrieben in DIN VDE 0255). 1951 Prüfung der Spannungsbeständigkeit unter Feuchtigkeitseinwirkung bei Kabeln mit PVC-lsolierung für 1 kV (DIN VDE 0271/01.55) Die ersten VDE-Bestimmungen für PVC-isolierte Kabel sahen mit Rück- sicht auf eindringende Feuchtigkeit einen Bleimantel vor. Mit der Ent- wicklung der Prüfung der Gleichspannungsbeständigkeit bei Wasserlagerung (ursprünglich zum Ausschluss emulgatorhaltiger PVC- Arten gedacht) wurde nach Verschärfung der Prüfbedingungen (03.69) gewährleistet, dass die Isolierung auch unter Feuchtigkeit ihre elektri- sche Festigkeit erhält. Damit wurde die Akzeptanz für die Verlegung in Verteilungsnetzen gefördert [13.8 Abschnitt 6]. 1955 Diffusionsvorgänge in kunststoffisolierten Kabeln (DIN VDE 0271/01.55) In Kabeln mit Aufbauelementen aus verschiedenen Kunststoffen, ins- besondere bei Mischungen, entstehen bei erhöhten Betriebstempera- turen Ausgleichvorgänge, es treten Diffusionsvorgänge von einzelnen Bestandteilen der Mischung in andere Aufbauelemente auf (z. B. Weich- macherwanderung). Dadurch können Eigenschaften, z. B. die mecha- nischen, so verändert werden, dass das Kabel insgesamt vorzeitig altert und ausfällt. Die Einführung einer Ganzkabelalterung (Prüfung eines Kabelstückes im Wärmeschrank über 7 Tage bei einer um 10 K erhöhten 398 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Betriebstemperatur) ermöglichte die Beurteilung der mechanischen Ei- genschaften der Aufbauelemente nach dieser simulierten Betriebsbe- anspruchung und damit die Entwicklung geeigneter Compounds und Werkstoffe, die ein ausreichendes Langzeitverhalten aufwiesen. Diese Prüfung – zuerst bei Leitungen angewendet – wurde aufgrund der po- sitiven Erfahrungen auch in die internationale Normung übernommen [13.9 Abschnitt 7.1.5]. 1958 Anwendung ungeschirmter PVC-Kabel für Erdverlegung (DIN VDE 0271/05.58) Aufgrund der Erfahrungen mit den papierisolierten Kabeln, deren Blei- mantel durch eine Bewehrung geschützt war, ging man davon aus, dass auch bei Kabeln mit einem Feststoffdielektrikum ein metallener Schutz zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und als Berührungsschutz erforderlich war. In DIN VDE 0271 wurde der seinerzeit vieldiskutierte § 4c) eingeführt, der bei Erdverlegung einen konzentrischen Leiter oder eine Bewehrung erforderte. Dieser Paragraf wurde 1958 so modifiziert, dass eine metallene Umhüllung oder Bewehrung nicht erforderlich ist, wenn nach der Verlegung nicht mit mechanischen Beschädigungen zu rechnen ist. Aufgrund der bis dahin gemachten Erfahrungen wurde die- ser Paragraf 1969 ganz gestrichen. Nach DIN VDE 0100/12.65 galt ein hinreichender mechanischer Schutz als gegeben, wenn eine ausrei- chende Überdeckung mit Erdreich vorhanden war. 1964 Isolierender Korrosionsschutz für papierisolierte Kabel (DIN VDE 0255/06.64) Da die üblichen papierisolierten Kabel mit Bleimantel keine isolierende Schutzhülle besaßen, wurde die sich daraus ergebende „Erdfühligkeit“ ebenso wie bei metallenen Wasserleitungen seinerzeit bei der Bemes- sung der Erdung der Anlagen berücksichtigt. Korrosionsprobleme bei Dreibleimantel-Kabeln NAEKEBA und die Verwendung von Kabeln mit Aluminiummantel NAKLEY führten zur Einführung von isolierendem Kor- rosionsschutz (bei NAEKEBA ab 1964 alternativ, ab 11.72 ausschließ- lich). Da insbesondere diese genannten Bauarten nicht mehr zum Erdungsverhalten beitrugen, mussten die Erdungsmaßnahmen in den Stationen und Neubauten von Wohnhäusern und Industrieanlagen ver- bessert werden (z. B. Fundamenterdung). Diese Maßnahmen erleich- terten auch die Einführung von Kunststoffkabeln als Verteilungskabel, da hier von vornherein durch die extrudierten äußeren Schutzmäntel eine „Erdfühligkeit“ nicht gegeben war. 399 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 1966 Leiterwiderstand (IEC 60228 Ed.1 1966) Die bisherige Überprüfung des Leiterwiderstandes auf der Basis des „elektrisch wirksamen Querschnitts“ wurde mit der Übernahme von IEC 60228 durch die Festlegung eines Grenzwertes für den Gleich- stromwiderstand des Leiters ersetzt. 1978 wurden in einer weiteren Aus- gabe von IEC 60228 die Widerstände für ein- oder mehrdrähtige Leiter bzw. für ein- oder mehradrige Kabel vereinheitlicht. Damit wurde – un- abhängig von der jeweiligen Konstruktion – für den Betrieb der Kabel eine eindeutige Vorgabe festgelegt. 1969 Verwendung massiver Aluminium-Leiter (DIN VDE 0271/03.69) Wegen der möglichen Unterbrechung des Schutzleiters durch Korrosion wurde der Einsatz von vieradrigen Kabeln mit Aluminiumleitern in Net- zen mit der Schutzmaßnahme Nullung nicht als sicher erachtet. Mit der Einführung des eindrähtigen AI-Leiters in Verbindung mit einem mög- lichst hohlraumfreien Kabelaufbau (extrudierter Gummiinnenmantel) und nichthygroskopischer Aufbauelemente wurde das Risiko einer Leiterun- terbrechung durch Korrosion als nicht mehr kritisch eingeschätzt. Un- terstützt wurde die Verwendung von vieradrigen Kabeln mit AI-Leiter zusätzlich durch den Wegfall der klassischen Nullung sowie die Einfüh- rung des Fl-Schutzes. 1969 Zersetzung der PVC-lsolierung durch Chlorabspaltung (DIN VDE 0271/03.69) Unter dauerndem Temperatureinfluss findet im PVC-Compound eine Abspaltung von Chloratomen statt. Diese wiederum beschleunigen die- sen Prozess und initiieren somit eine vorzeitige Alterung. Die Prüfung auf thermische Stabilität sichert den für die geforderte Lebensdauer der PVC-lsolier- und Mantelmischungen ausreichenden Gehalt an Stabili- satoren und damit die gewünschte Wärmestabilität [13.8 Abschnitt 7]. 1975 Isolierwanddicken für Kunststoffkabel (IEC 60502 Ed. 1/1975) Für Kunststoffkabel lagen im Gegensatz zu den papierisolierten Kabeln keine Langzeiterfahrungen vor. Die Isolierwanddicken waren allenfalls in den einzelnen Ländern vereinheitlicht, die Kabel waren weder tech- nisch noch wirtschaftlich vergleichbar. Durch die Einführung von inter- 400 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 national vereinbarten Wanddicken (auf der Basis der Erfahrungen mit papierisolierten Kabeln) wurden die Voraussetzungen für die Weiterent- wicklung und Marktakzeptanz der Kunststoffkabel, insbesondere im Mit- telspannungsbereich, geschaffen. 1976 Schirmquerschnitte für kunststoffisolierte Kabel (DIN VDE 0276/02.76) Für Schirme von PVC-isolierten Mittelspannungskabeln war bislang ein elektrischer Querschnitt von 6 mm2 festgelegt. Dieser ergibt aber keine klare Aussage über die zulässige Kurzschlussbelastbarkeit der Schirme. Zudem waren diese Schirme nicht für die maximal auftretende Kurz- schlussbelastung der Netze bemessen. Die Schirmquerschnitte wurden daher 1976 als geometrische Querschnitte definiert und erlaubten damit eine eindeutige Angabe der Kurzschlussbelastbarkeit. Die Höhe der Nennquerschnitte (angelehnt an die genormte Reihe der Leiternenn- querschnitte mit 10, 16, 25, 35 mm2) wurde so festgelegt, dass sie min- destens der Belastbarkeit der Bleimäntel der Dreibleimantelkabel entsprachen, da es bei diesen Kabeln bei den kritischen Doppelerd- schlüssen in den gelöschten Netzen zu keinen nennenswerten Schäden gekommen war. Damit konnte eine technisch und wirtschaftlich opti- mierte Lösung dieser Frage gefunden werden. Die Zuordnung der Nennquerschnitte wurde auch für PE- und VPE-isolierte Mittelspan- nungskabel übernommen [13.9 Abschnitt 19.3]. 1978 Teilentladungs-Empfindlichkeit von PE- und VPE-Isolierun- gen (DIN VDE 0273/08.78) Polyethylen ist extrem empfindlich gegenüber Teilentladungen (TE). Das setzt den Einsatz von Leitschichten voraus, die unter allen Betriebsbe- dingungen (Spannungen, thermische Zyklen, mechanische Beanspru- chungen) das Auftreten von TE absolut ausschließen. Im Rahmen der Typprüfung wird daher die Teilentladung sowohl nach thermischer (Wär- mezyklen) als auch nach mechanischer Beanspruchung (Biegeprüfung) gemessen. Die Einführung der TE-Prüfung an langen Längen als Stück- prüfung war Voraussetzung für die Auslieferung TE-freier Produkte. Der Wettbewerb zwischen grafitierter und extrudierter (festverbundener) Leitschicht führte frühzeitig zu einer im Vergleich zu internationalen Fest- legungen scharfen Anforderung von 5 pC (heute 2 pC). Heute sind na- tional wie international nur noch festverbundene Leitschichten zulässig [13.8 Abschnitt 5]. 401 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 1978 Bestimmung der Wanddicken der Schutzhüllen und Mäntel von kunststoffisolierten Kabeln (IEC 60502 Ed. 2 1978) Nur die Leiterabmessungen und die Isolierwanddicken waren einheitlich festgelegt. Die Wanddicken der inneren Hüllen und des Außenmantels wurden durch die jeweiligen Konstruktionen der einzelnen Hersteller in Abhängigkeit vom Aufbau und den tatsächlich erreichten Durchmessern bestimmt. Dadurch waren in vielen Fällen die Kabel nicht unmittelbar vergleichbar. Die Einführung einer fiktiven Berechnung der Wanddicken nach IEC 60502 Anhang A – mit vorgegebenen Durchmesserzunahmen und einer darauf aufgebauten einheitlichen Berechnung der Wanddi- cken für die inneren und äußeren extrudierten Schutzhüllen – stellte si- cher, dass weltweit die gleichen Wanddicken unabhängig von der jeweiligen Konstruktion erreicht wurden. 1979 Strombelastbarkeit in Abhängigkeit vom Belastungsgrad und der Bodenaustrocknung (DIN VDE 0298 T2/11.79) Die bisherigen Rechenverfahren basierten auf einer Berechnung der Belastbarkeit mit kontinuierlicher Dauerlast (Belastungsgrad 1,0; spezifischer Erdbodenwärmewiderstand 1,0 K · m/W) und konstantem Erdbodenwärmewiderstand. Eine Dauerlast wurde durch den Umrech- nungsfaktor von 0,75 (Umrechnungsfaktor für einen durch Bodenaus- trocknung erhöhten spezifischen Erdbodenwärmewiderstand von 2,0 K · m/W) berücksichtigt. Diese Methode war gerechtfertigt, so lange die Kabel mit Betriebstemperaturen bis maximal 70 °C betrieben wurden und die Betriebsbedingungen (Auslastung, Häufung usw.) relativ günstig waren. Mit der Einführung der VPE-isolierten Kabel und dem zuneh- menden Lastanstieg wurde diese Methode den Anforderungen an einen technisch zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb nicht mehr gerecht. Durch die Entwicklung einer Rechenmethode, mit der man die Boden- austrocknung in Abhängigkeit von der Auslastung, der Betriebstempe- ratur und Häufung sowie den Belastungsgrad detailliert berücksichtigen konnte, wurde eine bessere Nutzung der Übertragungsfähigkeit von VPE-isolierten Kabeln ermöglicht. Vorteil dieser Rechenmethode ist ins- besondere, dass sich auf ihrer Basis ein System von Umrechnungsfak- toren ermitteln ließ, die eine einfache aber trotzdem sichere Projektierung von Verteilungskabeln im Nieder- und Mittelspannungs- netz auch ohne technische Hilfsmittel ermöglicht [13.9, 13.10]. 402 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 1980 Garniturenprüfung (DIN VDE 0278/06.80) Die Substitution der papierisolierten Kabel erforderte neue Technologien für die Garnituren. Im Gegensatz zu den Kabeln war eine Aufbaunorm nur begrenzt möglich (z. B. bei Schnittstellen zu den Anlageteilen wie Einführungen in Schaltanlagen usw.). Die Beurteilung durch eine Prü- fung musste sowohl bewährte als auch neue Technologien und in be- sonderem Maße auch den Übergang zwischen den Technologien (Übergangsmuffen) erfassen. Das in DIN VDE 0278 ff. definierte Prüf- programm an montierten Garnituren schreibt eine eindeutige Reihen- folge der Prüfungen vor, um die kritischen Beanspruchungen während des Betriebes zu berücksichtigen. Damit bestand unabhängig von der eingesetzten Technologie auch für gemischte Netze eine klare Prüfba- sis, mit der die Entwicklung geeigneter Garnituren für funktionstüchtige und sichere Kabelanlagen möglich war. Diese Systemprüfung wurde Vorbild für viele europäische Länder und hat ihren Niederschlag auch in der europäischen Harmonisierung gefunden [13.11]. 1983 Auswahl des Mantelmaterials für VPE-isolierte Kabel (DIN VDE 0273/03.83 A1) Bei der Einführung der PE- und VPE-Isolierungen wurde auf den be- währten und preiswerten PVC-Mantel zurückgegriffen. Der PVC-Mantel ließ sich zudem – wie für Mittelspannungskabel vorgeschrieben – leicht rot einfärben. Der Einfluss der Feuchtigkeit auf die Alterung durch water- treeing sowie Anforderungen an eine höhere mechanische Festigkeit für robustere Legemethoden (Pflügen, Verzicht auf ausgewähltes Bet- tungsmaterial) brachten PE als Alternative ins Spiel, obwohl – bedingt durch die hohe UV-Empfindlichkeit – PE einen Rußanteil zur UV-Stabi- lisierung benötigt, der eine Rotfärbung nicht zuließ. Der PE-Mantel er- füllte die Anforderungen an eine deutlich geringere Wasserdampf- durchlässigkeit sowie an eine wesentlich höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beschädigungen und setzte sich für erdver- legte Kabel mit VPE-Isolierung als Standard durch. Die im Vergleich zu PVC als negativ eingestuften Eigenschaften (Schrumpfung, Spannungs- rissbeständigkeit) wurden durch geeignete Prüfverfahren und entspre- chende Anforderungswerte abgesichert. Auf eine rote Einfärbung des Mantels wurde mit Rücksicht auf die Minderung der mechanischen Ei- genschaften solcher PE-Mischungen nach einiger Diskussion verzichtet [13.12]. 403 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 1990 Beginn der Harmonisierung der Verteilungskabel in Europa In den einzelnen europäischen Ländern existierten – im Wesentlichen bedingt durch abweichende Netzbedingungen – deutliche Unterschiede sowohl in der Konstruktion der Verteilungskabel als auch in den Prüfan- forderungen. Damit war eine Harmonisierung nicht kurzfristig möglich. Um den Anforderungen der Beschaffungsrichtlinie nach Transparenz und Verfügbarkeit der Normen gerecht zu werden, wurden daher so ge- nannte Kompendien erstellt, in der die europäischen Bauarten in ein- heitlicher redaktioneller Form erfasst wurden. Mittlerweile hat insbesondere auf dem Gebiet der Prüfverfahren ein Harmonisierungs- prozess eingesetzt, der die Anzahl der zum Teil sehr unterschiedlichen Prüfverfahren für ein und dieselbe Eigenschaft deutlich reduziert hat. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, die wesentlichen Aufbau- elemente anzugleichen und die Harmonisierung weiter zu intensivieren [13.13]. 1991 Alterung von VPE-Kabeln mit Cu-Leiter (DIN VDE 0272/1991-01) Kupferleiter in direktem Kontakt mit einer Isolierung auf der Basis von Polyolefinen (PE, VPE) verursachen bei entsprechender thermischer Beanspruchung durch in die Isolierung diffundierende Cu-Ionen eine vorzeitige Alterung des Werkstoffes. Bei Kabeln mit einer Leitschicht tritt dieser Effekt bedingt durch die „absorbierende“ Wirkung der Leit- schicht nicht auf. Spezielle Stabilisatoren oder geeignete Trennschich- ten unterbinden diesen Alterungsprozess der Kupfer-Kontaminierung. Ein zuerst in IEC 60502 auf deutsche Initiative durchgesetztes Prüfver- fahren (Alterung der Isolierung in Gegenwart des Cu-Leiters über län- gere Zeit bei hohen Temperaturen) war Voraussetzung für die Aufnahme der VPE-isolierten Kabel mit Cu-Leiter für Niederspannung in DIN VDE 0272 und die Zulassung dieser Bauart für Erdverlegung [13.9 Abschnitt 7.1.5]. 1991 Alterung durch water-treeing (DIN VDE 0273 A1/1991-02 Entwurf) Die Alterung durch water-treeing bestimmte über einen langen Zeitraum die Frage, ob konstruktive oder werkstofftechnische Maßnahmen gegen den Einfluss der Feuchtigkeit die adäquate Lösung seien. Die Anfang der 1990er Jahre eingeführte Langzeitprüfung über 2 Jahre bei 4 U0 unter ständigem Einfluss von Wasser erbrachte den Nachweis, dass 404 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 das VPE-Dielektrikum auch ohne Diffusionssperren die erwartete Le- bensdauer erreicht. Insbesondere die fertigungsbegleitenden Prüfungen ergaben wertvolle Erkenntnisse für Maßnahmen zur Stabilisierung bzw. zur weiteren Verbesserung des Qualitätsniveaus. Diese weitreichenden Erfahrungen waren eine Voraussetzung für die mittlerweile abgeschlos- sene europäische Harmonisierung des Prüfverfahrens [13.14]. 1995 Anlagenprüfung insbesondere für PE- und VPE-isolierte Kabel (DIN VDE 0276-1001/1995-06) Für papierisolierte Massekabel war die Gleichspannungsprüfung eine einfache und effektive Maßnahme zur Beurteilung, ob während der Ver- legung oder des Betriebes eine mechanische Beschädigung und ein damit verbundenes Eindringen von Wasser in das Dielektrikum aufge- treten waren. Auch bei PVC-isolierten Kabeln wurde diese Prüfung er- folgreich angewendet. Aufgrund des hohen Isolationswiderstandes von PE- und VPE-Isolierungen brachte die Gleichspannungsprüfung keine ausreichende Aussagekraft über eine mögliche Beschädigung. Bei stark water-tree gealterten Kabeln wurde zudem durch die im Rahmen der Prüfung auftretenden hohen Raumladungen im Dielektrikum Durch- schläge im Kabel initiiert, die bei normaler Betriebsspannung nicht er- folgt wären. Das heißt, es wurde durch die Prüfung eine zusätzliche Schädigung des gealterten Kabels verursacht. Für eine Beurteilung des Alterungszustandes war die Prüfung daher völlig ungeeignet. Durch um- fangreiche und aufwändige Untersuchungen von Prüfinstituten, Herstel- lern und Anwendern konnten Alternativ-Prüfverfahren entwickelt werden (VLF-, 50-Hz-Prüfungen), die eine deutlich bessere Beurteilung des Al- terungszustandes ermöglichen [13.9, Abschnitt 36]. 1999 Fingerprintprüfung an Werkstoffen für Garnituren (HD631/ 12.08) Die sogenannte Fingerprintprüfung stellt in einer Normenreihe erforder- liche Prüfungen zur Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften und eingesetzten Materialien zusammen. Die in HD631 festgelegten Prü- fungen stellen ein hilfreiches Werkzeug für die Hersteller- und Anwender bezogene Qualitätsprüfung dar. Inzwischen wurde bereits die erste Ak- tualisierung zur HD631.1 durchgeführt. 2006 Garniturenprüfung (EN 50393-DIN VDE 0278-393/11.06) Die im Juni 1980 in Kraft getretene Garniturenprüfreihe DIN VDE 0278 wurde nun in eine Europäische Norm EN 50393 für Niederspannungs- 405 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 kabelgarnituren überführt. Mit dieser ersten EN für Kabelgarnituren wurde ein weiterer Meilenstein in der Umsetzung der Römischen Ver- träge zur Harmonisierung der Richtlinien erreicht. Für die MS-Kabelgar- nituren bleibt die HD629.1 und HD629.2 in Kraft. 2006 Kabelnormreihe DIN VDE 0276 ff. (HD 603, 605 und 620) Die 1991 aktualisierten Kabelnormen DIN VDE 0272 und DIN VDE 0273 wurden im Rahmen der Umsetzung der Römischen Verträge zur Har- monisierung der Richtlinien in die Normen der Reihe DIN VDE 0276 überführt. Mit dieser ersten EN für Kabelgarnituren wurde ein weiterer Meilenstein in der der Richtlinien erreicht. Für die MS-Kabelgarnituren bleibt die HD629.1 und HD629.2 in Kraft. 2014 Materialcharakterisierung DIN VDE 0278-655 (früher HD631, jetzt in EN 50655) Diese Normprüfreihe zur Materialcharakterisierung begann Ende der 1990er Jahre mit Entwürfen für HD631. Diese Reihe wurde mit Be- schlusserarbeitung in CENELEC TC 20 WG11 nun in eine derzeitige dreiteilige EN-Normreihe überführt. Es wurde nun eine Aufteilung der Fingerprint- und Typprüfung eingeleitet. 2017 Verbindernorm DIN VDE 0220-100 bzw. 238-1 bis 3 (IEC61238-1) Diese Normprüfreihe war seit 2005 als Teil 1 der IEC in Kraft, nun drei- teilig, mit Option Teil 4. 2017 Erarbeitung von Normen für Seekabel und Supraleiterkabel Auf Grund der Vielzahl der realisierten und geplanten Offshore-Wind- anlagen und dem Bedarf an neuen Lösungen für Ballungsgebiete wur- den bei IEC Aktivitäten zur Erarbeitung von Normen für Seekabel und supraleitende Kabel aufgenommen. 406 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 407 14 Anhang 14.1 Beispiele für Kabeldaten In DIN VDE 0276 sind der Aufbau einschließlich der Anforderungen für den Leiter, die Nennquerschnitte, die geometrischen Angaben, die An- gaben zur Verwendung der Kabel und deren Belastbarkeit zusammen- gefasst. In den folgenden Tabellen sind für einzelne Querschnitte der heute üb- lichen VPE-Kabel, 10 kV bis 30 kV, die wesentlichen technischen Daten zusammengestellt. Dabei sind, soweit möglich, Werte aus den DIN- VDE-Bestimmungen entnommen. Bei den übrigen Werten handelt es sich um Richtwerte, die von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein können. Aussagen zu den zulässigen Biegeradien und zu den zulässi- gen Zugkräften sind in Abschnitt 4.4.1 und 4.4.6 gemacht. KabelLAST Nein – KabelLAST hat nicht geschlafen. KabelLAST hat sich nicht einmal ausgeruht, sondern zum größten Sprung in seiner zehnjährigen Geschichte angesetzt. Mit Dutzenden neuer Funktionen ist es mehr als doppelt so umfangreich geworden, aber keineswegs komplizierter, sondern wesentlich einfacher. Sie können wie bisher Zahlen eintippen, neuerdings aber auch Schieberegler verändern. Die dynamische Grenzwertanpassung verhindert unsinnige Eingaben. Das neue KabelLAST berücksichtigt nun auch fast alle praxisüblichen Legearten (auch in Häufungen und Kreuzungen) und deren Auswirkungen auf die Strom- belastbarkeit. Das kann nur ein mathematisches Genie – oder eben KabelLAST. Auch die Berechnung des äußeren Magnetfeldes von Kabelsystemen einschließlich Flussdichteangabe gemäß 26. BImschV ist auf Knopfdruck abrufbar. Temperaturfelder fast beliebiger Kabelanordnungen können ebenfalls berechnet und als kolorierte Isother- mengrafiken ausgegeben werden. Den größten Schritt hat KabelLAST allerdings beim Bedienkomfort gemacht. Ab jetzt wird das Berechnungsergebnis – nämlich die Strombelastbarkeit – von Anfang an während der Eingabe der Parameter in Echtzeit aktualisiert ange- zeigt. Auch Korrekturen an einzelnen Parametern können sofort vergleichend beurteilt werden. Sie können gewissermaßen durch Ändern der ge- staltbaren Parameter die gewünschte Strombelastbar- keit „live ansteuern“ und verfügen mithin über zuverlässige, nachweisbare Konstruktionsvorgaben für Ihre zukünftigen Kabelprojekte. Eine kostenlose Demoversion steht als Download zur Verfügung. B.U-H Planende Ingenieure GmbH Erlenstraße 6, 46519 Alpen Tel. 02802-910933, Fax 02802-9109 97 www.kabellast.com info@kabellast.com Neues von KabelLAST www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 408 Tabelle 14.1 NA2XS2Y 6/10 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Angaben entsprechend DIN VDE 0276-620: Min. Außendurchmesser-Mindestwert Max. Außendurchmesser-Höchstwert R´ Gleichstromwiderstandsbelag je Leiter bei 20 °C Richtwerte entsprechend [14.1]: Gewicht X´ Induktiver Widerstandsbelag je Leiter bei 50 Hz C´ Betriebskapazitätsbelag bei 20 °C Ladestrom 1) für erdverlegte Kabel ist Schirmquerschnitt 16 mm2 zulässig Aderzahl Querschnitt Leiterform Außendurch - messer R' Gewicht X' C' Lade- strom Min. mm Max. mm Ω/km kg/km Ω/km μF/km A/km 1 × 50 RM/16 24 29 0,641 680 0,136 0,249 0,45 1 × 70 RM/16 26 31 0,443 770 0,128 0,283 0,51 1 × 95 RM/16 27 32 0,320 880 0,123 0,315 0,57 1 × 120 RM/16 29 34 0,253 980 0,118 0,345 0,63 1 × 150 RM/251) 30 35 0,206 1200 0,114 0,374 0,68 1 × 185 RM/251) 32 37 0,164 1350 0,111 0,406 0,74 1 × 240 RM/251) 34 39 0,125 1550 0,106 0,456 0,83 1 × 300 RM/251) 36 41 0,100 1800 0,103 0,495 0,90 1 × 400 RM/35 40 45 0,0778 2150 0,099 0,558 1,01 1 × 500 RM/35 43 48 0,0605 2550 0,096 0,613 1,11 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 409 1) für erdverlegte Kabel ist Schirmquerschnitt 16 mm2 zulässig Tabelle 14.2 NA2XS2Y 12/20 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Angaben entsprechend DIN VDE 0276-620: Min. Außendurchmesser-Mindestwert Max. Außendurchmesser-Höchstwert R´ Gleichstromwiderstandsbelag je Leiter bei 20 °C Richtwerte entsprechend [14.1]: Gewicht X´ Induktiver Widerstandsbelag je Leiter bei 50 Hz C´ Betriebskapazitätsbelag bei 20 °C Ladestrom Aderzahl Querschnitt Leiterform Außendurch - messer R' Gewicht X' C' Lade- strom Min. mm Max. mm Ω/km kg/km Ω/km μF/km A/km 1 × 50 RM/16 28 33 0,641 850 0,146 0,175 0,63 1 × 70 RM/16 30 35 0,443 950 0,138 0,196 0,71 1 × 95 RM/16 31 36 0,320 1100 0,132 0,216 0,78 1 × 120 RM/16 33 38 0,253 1200 0,127 0,235 0,85 1 × 150 RM/251) 34 39 0,206 1400 0,122 0,254 0,92 1 × 185 RM/251) 36 41 0,164 1550 0,118 0,273 0,99 1 × 240 RM/251) 39 44 0,125 1750 0,113 0,304 1,10 1 × 300 RM/251) 41 46 0,100 2050 0,110 0,329 1,19 1 × 400 RM/35 44 49 0,0778 2450 0,105 0,368 1,33 1 × 500 RM/35 47 52 0,0605 2850 0,102 0,402 1,46 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 410 Tabelle 14.3 NA2XS2Y 18/30 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Angaben entsprechend DIN VDE 0276-620: Min. Außendurchmesser-Mindestwert Max. Außendurchmesser-Höchstwert R´ Gleichstromwiderstandsbelag je Leiter bei 20 °C Richtwerte entsprechend [14.1]: Gewicht X´ Induktiver Widerstandsbelag je Leiter bei 50 Hz C´ Betriebskapazitätsbelag bei 20 °C Ladestrom 1) für erdverlegte Kabel ist Schirmquerschnitt 16 mm2 zulässig Aderzahl Querschnitt Leiterform Außendurch - messer R' Gewicht X' C' Lade- strom Min. mm Max. mm Ω/km kg/km Ω/km μF/km A/km 1 × 50 RM/16 33 38 0,641 1100 0,156 0,136 0,74 1 × 70 RM/16 35 40 0,443 1200 0,147 0,151 0,82 1 × 95 RM/16 36 41 0,320 1350 0,140 0,165 0,90 1 × 120 RM/16 38 43 0,253 1450 0,135 0,178 0,97 1 × 150 RM/251) 39 44 0,206 1650 0,130 0,191 1,04 1 × 185 RM/251) 41 46 0,164 1850 0,126 0,205 1,12 1 × 240 RM/251) 43 48 0,125 2050 0,121 0,227 1,24 1 × 300 RM/251) 46 51 0,100 2350 0,117 0,244 1,33 1 × 400 RM/35 49 54 0,0778 2800 0,112 0,271 1,47 1 × 500 RM/35 52 57 0,0605 3250 0,109 0,295 1,61 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 411 Tabelle 14.4 N2XS2Y 12/20 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Angaben entsprechend DIN VDE 0276-620: Min. Außendurchmesser-Mindestwert Max. Außendurchmesser-Höchstwert R´ Gleichstromwiderstandsbelag je Leiter bei 20 °C Richtwerte entsprechend [14.1]: Gewicht X´ Induktiver Widerstandsbelag je Leiter bei 50 Hz C´ Betriebskapazitätsbelag bei 20 °C Ladestrom 1) für erdverlegte Kabel ist Schirmquerschnitt 16 mm2 zulässig Aderzahl Querschnitt Leiterform Außendurch - messer R' Gewicht X' C' Lade- strom Min. mm Max. mm Ω/km kg/km Ω/km μF/km A/km 1 × 35 RM/16 27 32 0,524 990 0,153 0,159 0,58 1 × 50 RM/16 28 33 0,387 1150 0,146 0,175 0,63 1 × 70 RM/16 30 35 0,268 1400 0,138 0,196 0,71 1 × 95 RM/16 31 36 0,193 1650 0,132 0,216 0,78 1 × 120 RM/16 33 38 0,153 1900 0,127 0,235 0,85 1 × 150 RM/251) 34 39 0,124 2300 0,122 0,254 0,92 1 × 185 RM/251) 36 41 0,0991 2650 0,118 0,273 0,99 1 × 240 RM/251) 39 44 0,0754 3200 0,113 0,304 1,10 1 × 300 RM/251) 41 46 0,0601 3850 0,110 0,329 1,19 1 × 400 RM/35 44 49 0,0470 4800 0,105 0,368 1,33 1 × 500 RM/35 47 52 0,0366 5850 0,102 0,402 1,46 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 412 Tabelle 14.5 N2XS2Y 18/30 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Angaben entsprechend DIN VDE 0276-620: Min. Außendurchmesser-Mindestwert Max. Außendurchmesser-Höchstwert R´ Gleichstromwiderstandsbelag je Leiter bei 20 °C Richtwerte entsprechend [14.1]: Gewicht X´ Induktiver Widerstandsbelag je Leiter bei 50 Hz C´ Betriebskapazitätsbelag bei 20 °C Ladestrom 1) für erdverlegte Kabel ist Schirmquerschnitt 16 mm2 zulässig Aderzahl Querschnitt Leiterform Außendurch - messer R' Gewicht X' C' Lade- strom Min. mm Max. mm Ω/km kg/km Ω/km μF/km A/km 1 × 50 RM/16 33 38 0,387 1400 0,156 0,136 0,74 1 × 70 RM/16 35 40 0,268 1600 0,147 0,151 0,82 1 × 95 RM/16 36 41 0,193 1900 0,140 0,165 0,90 1 × 120 RM/16 38 43 0,153 2200 0,135 0,178 0,97 1 × 150 RM/251) 39 44 0,124 2550 0,130 0,191 1,04 1 × 185 RM/251) 41 46 0,0991 2950 0,126 0,205 1,12 1 × 240 RM/251) 43 48 0,0754 3550 0,121 0,227 1,24 1 × 300 RM/251) 46 51 0,0601 4200 0,117 0,244 1,33 1 × 400 RM/35 49 54 0,0470 5150 0,112 0,271 1,47 1 × 500 RM/35 52 57 0,0366 6250 0,109 0,295 1,61 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 413 14.2 Beispiele zur Beurteilung der Kurzzeitbelastbarkeit von Kabeln Die Belastbarkeit von Kabelstrecken wird in der Regel nach den Anga- ben in den einzelnen DINVDE-Bestimmungen für die jeweiligen Kabel- typen und der DIN VDE 0276-1000 beurteilt. Kabel sind aber ohne Einschränkung der Lebensdauer zeitlich begrenzt höher belastbar als mit den in den Normen der Reihe DIN VDE 0276 angegebenen Strom- werten, da die Lebensdauer allein durch die Kabeltemperatur und nicht durch die maximal auftretende Stromstärke bestimmt wird. Dabei ist zu beachten, dass an keiner Stelle (z. B. in den Garnituren) zulässige Grenztemperaturen überschritten werden. Eine zeitlich begrenzte Be- lastung, die über den angegebenen Stromwerten liegt, aber nicht zu einer Überschreitung der zulässigen Kabeltemperatur führt, ist daher strenggenommen keine Überlastung. Mit Rücksicht auf den allgemeinen Sprachgebrauch wird im Folgenden jedoch der Begriff „Überlastbarkeit“ für den genannten Sachverhalt verwendet. Früher fehlten für die Bestimmung der Überlastbarkeit, z. B. bei Netz - umschaltungen, praxisbezogene Aussagen. Die in der älteren Literatur angegebenen bzw. nach dem CIGRE-Verfahren berechneten Aufheiz- kurven erwiesen sich zur Beurteilung der Überlastbarkeit als nicht wirk- lichkeitsnah. Von einem Kabelhersteller und einem Netzbetreiber wurde ein Berech- nungsverfahren erarbeitet, dessen Ergebnisse gut mit gemessenen Werten übereinstimmen. Mit Hilfe dieses Verfahrens sind für verschie- dene Kabeltypen Kurvenscharen errechnet worden, aus denen Über- lastfaktoren als Funktion der Vorlast und der Überlastungsdauer entnommen werden können. Da sich erhebliche Überlastfaktoren bzw. Überlastbarkeitsdauern ergeben, kann die gezielte Nutzung dieser Überlastbarkeit für den Netzbetrieb von großer Bedeutung sein. Zu be- merken ist, dass die Werte auf der sicheren Seite liegen und noch nicht zur Überschreitung der zulässigen Kabeltemperatur führen. Im Stö- rungsfall können die Kabel unter Inkaufnahme eines gewissen Lebens- dauerverzehrs noch höher belastet werden als hier dargestellt; dann handelt es sich allerdings um eine „echte“ Überlastung. Für die beiden Kabeltypen NKBA und NA2XS2Y werden Berechnungs- beispiele angegeben. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 414 14.2.1 Randbedingungen für die Berechnung Als Grenztemperaturen für die Überlastbarkeitsrechnungen wurden die nach den DIN-VDE-Bestimmungen zulässigen Kabeltemperaturen an- gesetzt, d. h. eine thermische Überlastung und damit ein erhöhter Le- bensdauerverzehr erfolgen bei Ausschöpfung der hier angegebenen Überlastbarkeit nicht. Die Temperatur des ungestörten Erdbodens ist gemäß DIN VDE 0276-1000 mit 20 °C angenommen; es wurde dosierte Bodenaustrocknung berücksichtigt. Der spezifische Wärmewiderstand des völlig ausgetrockneten Erdbodens wurde mit 2,5 K · m/W angesetzt und der des feuchten Erdbodens mit 1 K · m/W. Für die Kabel wurde beidseitige Erdung des Metallmantels bzw. des Kupferschirms voraus- gesetzt. Die Kurven gelten für eine Legetiefe von 70 cm; beim einadrigen Kabel für Dreieckslegung (Leiterabstand = Kabeldurchmesser). 14.2.2 Vorlaststrom und Tageslastspiel Ausschlaggebend für eine zulässige Kurzzeitlast ist die Kabeltemperatur im Einsetzzeitpunkt. Diese hängt vom Vorlaststrom ab, der durch die Tageshöchstlast Iv und das Tageslastspiel beschrieben wird. Der Vor- laststrom der mit einer anschließenden Kurzzeitlast zu beaufschlagen- den Kabelstrecke wurde nicht als zeitlich konstant angenommen, sondern einem Tageslastspiel mit dem Belastungsgrad 0,7 (EVU-Last) folgend. Den Beispielen liegt das folgende vereinfachte Modell zu- grunde: 10 h mit Iv, 10 h mit 0,6 · Iv und 4 h mit 0,2 · Iv. Für die Berechnungen und Diagramme wurden zwei Grenzfälle betrach- tet: a) Einsetzzeitpunkt 0 h (günstigster Fall) In diesem Fall wird angenommen, dass die Kurzzeitlast dann einsetzt, wenn das Kabel 4 h lang mit der niedrigsten Stufe des EVU-Lastspiels belastet war (Bild 14.1), also 4 h lang den Strom 0,2 · Iv führte. b) Einsetzzeitpunkt 10 h (ungünstigster Fall) In diesem Fall wird angenommen, dass die Kurzzeitlast dann einsetzt, wenn das Kabel 10 h lang mit der höchsten Stufe des EVU-Lastspiels belastet war (Bild 14.2), also 10 h lang den Strom Iv führte. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 415 Bild 14.1 Zulässige Kurzzeitlast, günstigster Einsetzzeitpunkt (0 h) Bild 14.2 Zulässige Kurzzeitlast, ungünstigster Einsetzzeitpunkt (10 h) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 14.2.3 Belastbarkeit und Kurzzeitlastfaktoren Der Bemessungsstrom Ir stellt bei in Erde gelegten Kabeln den zulässi- gen Strom gemäß DIN VDE 0276 bei einem Belastungsgrad von 0,7 dar. Ein Belastungsgrad von 0,7 kann in EVU-Netzen – auch bei Spei- cherheizung – in aller Regel als gegeben vorausgesetzt werden. Die Belastbarkeit Iz weicht vom Bemessungsstrom Ir ab, wenn abweichende Randbedingungen vorliegen, und berechnet sich nach DIN VDE 0276- 1000 allgemein mit Iz= fi· Ir, wobei die Faktoren fi von den Randbedin- gungen abhängen. Die Kurzzeitbelastbarkeit wird mit Izk bezeichnet, der Kurzzeitlastfaktor fizk = Izk/Ir lässt sich aus den Beispieldiagrammen (Bild 14.3 bis Bild 14.6) ablesen. Bei den betrachteten Kabeltypen ist Ir = 308 A für NKBA 3 × 120 SM 6/10 kV Ir = 319 A für NA2XS2Y 1 × 150 RM 12/20 kV Die Tageshöchstlast Iv ist ein variabler Parameter und ist in den Beispie- len auf den Bemessungsstrom Ir bezogen. Für verschiedene Iv/Ir sind Kurvenscharen für die Kurzzeitlastfaktoren angegeben. Um zwei Grenz - werte zu berechnen, sind die Kurvenscharen jeweils für den günstigsten Einsetzzeitpunkt (0 h) und den ungünstigsten Zeitpunkt (10 h) angege- ben. Als Grenztemperaturen wurden nach DIN VDE die zulässigen Kabeltemperaturen 65 °C bei NKBA und 90 °C bei NA2XS2Y angesetzt. Den Kurven ist zu entnehmen, wie hoch ein Kabel für eine begrenzte Zeit tzk mit einer Kurzzeitlast Izk belastet werden darf, wenn es eine be- stimmte Vorlast, repräsentiert durch die Tageshöchstlast Iv und den Ein- setzzeitpunkt, führte. 14.2.4 Beispiel für die Anwendung der Diagramme Ein Kabel des Typs NA2XS2Y 3 × 1 × 150 RM 12/20 kV führt seit Tagen EVU-Last mit einer Tageshöchstlast von Iv= 160 A (thermisch einge- schwungener Zustand). Mit einem Bemessungsstrom nach DIN VDE von Ir= 319 A ergibt sich als Vorlastfaktor: Iv/ Ir = 160 A / 319 A = 0,5 416 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Setzt die Kurzzeitlast zu Beginn des Tageslastspiels ein (Einsetzzeit- punkt 0 h), so ergibt sich aus Bild 14.5 für eine Beanspruchungsdauer von tzk= 1 h ein Kurzzeitlasttfaktor von Izk/Ir= 1,82. Das Kabel ist eine Stunde lang mit 1,82 Ir= 581 A belastbar, bevor es seine zulässige Ka- beltemperatur erreicht. Die Kurzzeitlastfaktoren für beliebige Einsetzzeitpunkte der Kurzzeitlast liegen zwischen den beiden Extremwerten, die sich für die Einsetzzeit- punkte 0 h und 10 h ergeben. Sie können hinreichend genau durch In- terpolation abgeschätzt werden. Statt für eine bestimmte Beanspruchungsdauer die zulässige Kurzzeit- last Izk zu ermitteln, kann bei gegebener Kurzzeitlast auch die zulässige Belastbarkeitszeit tzk mit Hilfe der Diagramme bestimmt werden. In Tabelle 14.6 sind die Ergebnisse der Berechnungen für einige Kabel- typen und unterschiedliche Tageshöchstlasten, Einsetzzeitpunkte und Beanspruchungsdauern zusammengefasst. Aus der Tabelle 14.6 lässt sich z. B. ablesen, wie hoch die zulässige kurzzeitige Belastung eines 1-kV-Kabels des Typs NAYY 4 × 150 SE sein darf. Es wird angenommen, dass das Kabel 10 Stunden nach Beginn des EVU-Lastspiels bei einer Vorlast von Iv= 0,4 ·Ir= 110 A im Zuge von Umschaltarbeiten eine Stunde lang mit erhöhter Last betrieben werden soll. Aus der Tabelle 14.6 wird für den Einsetzzeitpunkt 10 h und eine Beanspruchungsdauer tzk= 1 h der Wert Izk/10/1 = 373 A entnommen. Dies entspricht 1,36 ·Ir. 417 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 418 Bild 14.3 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungs dauer tzk mit dem Parameter Iv / Ir (NKBA, Einsetzzeitpunkt 0 h) Iv Vorlaststrom Ir Bemessungsstrom www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 419 Bild 14.4 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv / Ir (NKBA, Einsetzzeitpunkt 10 h) Iv Vorlaststrom Ir Bemessungsstrom www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 420 Bild 14.5 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungs dauer tzk mit dem Parameter Iv / Ir (NA2XS2Y, Einsetzzeitpunkt 0 h) Iv Vorlaststrom Ir Bemessungsstrom www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 421 Bild 14.6 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv / Ir (NA2XS2Y, Einsetzzeitpunkt 10 h) Iv Vorlaststrom Ir Bemessungsstrom www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 422 Tabelle 14.6 Kurzzeitbelastbarkeit ausgewählter Kabeltypen abhängig von Vorlast, Beanspruchungsdauer und Einsetzzeitpunkt U Nennspannung Ir Bemessungsstrom entsprechend DIN VDE 0276 (unter Berücksichtigung der Bodenaustrocknung) Iv Angenommene Tageshöchstlast (Vorlast), jeweils Werte mit 0,7 Ir und 0,4 Ir 1) Einsetzzeitpunkt: Stunden nach Beginn des EVU-Lastspiels Zulässige Kurzzeitbelastbarkeit Izk bei Einsetzzeitpunkt1) 0 h 10 h Beanspruchungs- dauer Beanspruchungs- dauer 1 h 3 h 1 h 3 h U Kabeltyp Querschnitt Ir Iv Izk/0/1 Izk/0/3 Izk/10/1 Izk/10/3 kV A A A A A A 1 NYY 4 × 95 SM 280 196 112 362 374 320 331 336 369 310 327 NYY 4 × 120 SM 318 223 127 424 445 392 388 390 433 359 380 NAYY 4 × 150 SE 275 193 110 366 383 319 332 338 373 308 330 10 NKBA 3 × 95 SM 269 188 108 349 372 311 322 331 364 299 320 NKBA 3 × 120 SM 308 216 123 414 434 360 374 383 426 348 371 20 NEKEBA 3 × 95 RM 276 193 110 350 363 310 320 325 353 301 317 NEKEBA 3 × 120 RM 314 220 126 440 465 375 395 405 451 362 390 NA2XS2Y 1 × 150 RM 319 223 128 542 592 436 472 492 577 415 468 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 423 14.3 Faktoren für Wirtschaftlichkeitsberechnungen In den folgenden Formeln gilt: n Zeitraum (a) p Zinssatz (%) q Zinsfaktor q = 1 + Annuitätenfaktoren Der Annuitätenfaktor a wird nach Formel 12.2 ermittelt: a = Tabelle 14.7 zeigt eine Auswahl von Annuitätenfaktoren. Abzinsfaktoren Kosten Kn im Jahr n werden mit dem Abzinsfaktor nach Formel 12.3 auf den Betrachtungszeitpunkt abgezinst. Abzinsfaktor: Tabelle 14.8 zeigt eine Auswahl von Abzinsfaktoren. Rentenbarwertfaktoren Der Rentenbarwertfaktor r wird nach Formel 12.5 ermittelt: r = Tabelle 14.9 zeigt eine Auswahl von Rentenbarwertfaktoren. p 100 qn (q – 1) qn – 1 1 qn qn – 1 qn(q – 1) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 424 Tabelle 14.7 Annuitätenfaktoren Zinssatz p in % n 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1,0300 1,0400 1,0500 1,0600 1,0700 1,0800 1,0900 1,1000 2 0,5226 0,5302 0,5378 0,5454 0,5531 0,5608 0,5685 0,5762 3 0,3535 0,3603 0,3672 0,3741 0,3811 0,3880 0,3951 0,4021 4 0,2690 0,2755 0,2820 0,2886 0,2952 0,3019 0,3087 0,3155 5 0,2184 0,2246 0,2310 0,2374 0,2439 0,2505 0,2571 0,2638 6 0,1846 0,1908 0,1970 0,2034 0,2098 0,2163 0,2229 0,2296 7 0,1605 0,1666 0,1728 0,1791 0,1856 0,1921 0,1987 0,2054 8 0,1425 0,1485 0,1547 0,1610 0,1675 0,1740 0,1807 0,1874 9 0,1284 0,1345 0,1407 0,1470 0,1535 0,1601 0,1668 0,1736 10 0,1172 0,1233 0,1295 0,1359 0,1424 0,1490 0,1558 0,1627 11 0,1081 0,1141 0,1204 0,1268 0,1334 0,1401 0,1469 0,1540 12 0,1005 0,1066 0,1128 0,1193 0,1259 0,1327 0,1397 0,1468 13 0,0940 0,1001 0,1065 0,1130 0,1197 0,1265 0,1336 0,1408 14 0,0885 0,0947 0,1010 0,1076 0,1143 0,1213 0,1284 0,1357 15 0,0838 0,0899 0,0963 0,1030 0,1098 0,1168 0,1241 0,1315 16 0,0796 0,0858 0,0923 0,0990 0,1059 0,1130 0,1203 0,1278 17 0,0760 0,0822 0,0887 0,0954 0,1024 0,1096 0,1170 0,1247 18 0,0727 0,0790 0,0855 0,0924 0,0994 0,1067 0,1142 0,1219 19 0,0698 0,0761 0,0827 0,0896 0,0968 0,1041 0,1117 0,1195 20 0,0672 0,0736 0,0802 0,0872 0,0944 0,1019 0,1095 0,1175 25 0,0574 0,0640 0,0710 0,0782 0,0858 0,0937 0,1018 0,1102 30 0,0510 0,0578 0,0651 0,0726 0,0806 0,0888 0,0973 0,1061 35 0,0465 0,0536 0,0611 0,0690 0,0772 0,0858 0,0946 0,1037 40 0,0433 0,0505 0,0583 0,0665 0,0750 0,0839 0,0930 0,1023 45 0,0408 0,0483 0,0563 0,0647 0,0735 0,0826 0,0919 0,1014 50 0,0389 0,0466 0,0548 0,0634 0,0725 0,0817 0,0912 0,1009 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 425 Tabelle 14.8 Abzinsfaktoren Zinssatz p in % n 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0,9709 0,9615 0,9524 0,9434 0,9346 0,9259 0,9174 0,9091 2 0,9426 0,9246 0,9070 0,8900 0,8734 0,8573 0,8417 0,8264 3 0,9151 0,8890 0,8638 0,8396 0,8163 0,7938 0,7722 0,7513 4 0,8885 0,8548 0,8227 0,7921 0,7629 0,7350 0,7084 0,6830 5 0,8626 0,8219 0,7835 0,7473 0,7130 0,6806 0,6499 0,6209 6 0,8375 0,7903 0,7462 0,7050 0,6663 0,6302 0,5963 0,5645 7 0,8131 0,7599 0,7107 0,6651 0,6227 0,5835 0,5470 0,5132 8 0,7894 0,7307 0,6768 0,6274 0,5820 0,5403 0,5019 0,4665 9 0,7664 0,7026 0,6446 0,5919 0,5439 0,5002 0,4604 0,4241 10 0,7441 0,6756 0,6139 0,5584 0,5083 0,4632 0,4224 0,3855 11 0,7224 0,6496 0,5847 0,5268 0,4751 0,4289 0,3875 0,3505 12 0,7014 0,6246 0,5568 0,4970 0,4440 0,3971 0,3555 0,3186 13 0,6810 0,6006 0,5303 0,4688 0,4150 0,3677 0,3262 0,2897 14 0,6611 0,5775 0,5051 0,4423 0,3878 0,3405 0,2992 0,2633 15 0,6419 0,5553 0,4810 0,4173 0,3624 0,3152 0,2745 0,2394 16 0,6232 0,5339 0,4581 0,3936 0,3387 0,2919 0,2519 0,2176 17 0,6050 0,5134 0,4363 0,3714 0,3166 0,2703 0,2311 0,1978 18 0,5874 0,4936 0,4155 0,3503 0,2959 0,2502 0,2120 0,1799 19 0,5703 0,4746 0,3957 0,3305 0,2765 0,2317 0,1945 0,1635 20 0,5537 0,4564 0,3769 0,3118 0,2584 0,2145 0,1784 0,1486 25 0,4776 0,3751 0,2953 0,2330 0,1842 0,1460 0,1160 0,0923 30 0,4120 0,3083 0,2314 0,1741 0,1314 0,0994 0,0754 0,0573 35 0,3554 0,2534 0,1813 0,1301 0,0937 0,0676 0,0490 0,0356 40 0,3066 0,2083 0,1420 0,0972 0,0668 0,0460 0,0318 0,0221 45 0,2644 0,1712 0,1113 0,0727 0,0476 0,0313 0,0207 0,0137 50 0,2281 0,1407 0,0872 0,0543 0,0339 0,0213 0,0134 0,0085 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 426 Tabelle 14.9 Rentenbarwertfaktoren Zinssatz p in % n 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0,9709 0,9615 0,9524 0,9434 0,9346 0,9259 0,9174 0,9091 2 1,9135 1,8861 1,8594 1,8334 1,8080 1,7833 1,7591 1,7355 3 2,8286 2,7751 2,7232 2,6730 2,6243 2,5771 2,5313 2,4869 4 3,7171 3,6299 3,5460 3,4651 3,3872 3,3121 3,2397 3,1699 5 4,5797 4,4518 4,3295 4,2124 4,1002 3,9927 3,8897 3,7908 6 5,4172 5,2421 5,0757 4,9173 4,7665 4,6229 4,4859 4,3553 7 6,2303 6,0021 5,7864 5,5824 5,3893 5,2064 5,0330 4,8684 8 7,0197 6,7327 6,4632 6,2098 5,9713 5,7466 5,5348 5,3349 9 7,7861 7,4353 7,1078 6,8017 6,5152 6,2469 5,9952 5,7590 10 8,5302 8,1109 7,7217 7,3601 7,0236 6,7101 6,4177 6,1446 11 9,2526 8,7605 8,3064 7,8869 7,4987 7,1390 6,8052 6,4951 12 9,9540 9,3851 8,8633 8,3838 7,9427 7,5361 7,1607 6,8137 13 10,6350 9,9856 9,3936 8,8527 8,3577 7,9038 7,4869 7,1034 14 11,2961 10,5631 9,8986 9,2950 8,7455 8,2442 7,7862 7,3667 15 11,9379 11,1184 10,3797 9,7122 9,1079 8,5595 8,0607 7,6061 16 12,5611 11,6523 10,8378 10,1059 9,4466 8,8514 8,3126 7,8237 17 13,1661 12,1657 11,2741 10,4773 9,7632 9,1216 8,5436 8,0216 18 13,7535 12,6593 11,6896 10,8276 10,0591 9,3719 8,7556 8,2014 19 14,3238 13,1339 12,0853 11,1581 10,3356 9,6036 8,9501 8,3649 20 14,8775 13,5903 12,4622 11,4699 10,5940 9,8181 9,1285 8,5136 25 17,4131 15,6221 14,0939 12,7834 11,6536 10,6748 9,8226 9,0770 30 19,6004 17,2920 15,3725 13,7648 12,4090 11,2578 10,2737 9,4269 35 21,4872 18,6646 16,3742 14,4982 12,9477 11,6546 10,5668 9,6442 40 23,1148 19,7928 17,1591 15,0463 13,3317 11,9246 10,7574 9,7791 45 24,5187 20,7200 17,7741 15,4558 13,6055 12,1084 10,8812 9,8628 50 25,7298 21,4822 18,2559 15,7619 13,8007 12,2335 10,9617 9,9148 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 427 14.4 Normen und Richtlinien Im Folgenden sind die in dem vorliegenden Kabelhandbuch zitierten Normen, Bestimmungen, Richtlinien, Merkblätter usw. zusammenge- stellt. Es gilt immer der zum Zeitpunkt der Bearbeitung eines Projektes, der Planung und Durchführung gültige Stand der Normen, einschließlich Er- gänzungen. Hierzu ist es erforderlich sich umfassend im Vorfeld von Ak- tivitäten von Arbeiten rund um die Kabelanlage mit den Normen und der Rechtslage zu beschäftigen. Grundsätzlich sind geltenden Normen, Bestimmungen, Vorschriften, Ver- ordnungen und Gesetze einzuhalten, auch wenn diese hier nicht im Ka- belhandbuch ausdrücklich genannt werden. Dies ist auf Grund der starken und kontinuierlichen Internationalisierung der Normen nicht leistbar. In Abschnitt 14.4.1 sind alle Normen und Bestimmungen zusammenge- fasst, die als VDE-Bestimmung national veröffentlicht sind. Es sind je- weils die Dokumentnummer (Klassifizierung), das Datum (Ausgabe- datum mit Jahr und Monat) und der Titel dargestellt. Als Dokumentnum- mer ist zuerst die allgemein gültige Normenbezeichnung, also DIN VDE, DIN EN oder DIN IEC mit anschließendem Nummernschlüssel, aufge- führt. Entwürfe sind durch ein vorangestelltes E gekennzeichnet. Die Klassifizierung entsprechend VDE ist in Klammern dahinter gesetzt. Ge- gebenenfalls ist nach der VDE-Bezeichnung die Klassifizierung des Do- kuments in der DIN-Reihe angegeben. Das jeweilige neueste Ausgabedatum der Norm kann über die Internet-Seiten der betreffenden Normenorganisationen abgefragt werden: www.vde-verlag.de www.iec.ch www.cenelec.org Die Einträge wurden in der Reihenfolge der VDE-Klassifizierung ange- ordnet, damit thematisch zusammengehörende Bestimmungen beiei- nander stehen. In den Abschnitten 14.4.2 bis 14.4.4 sind die DIN-Normen, die interna- tionalen elektrotechnischen Normen (IEC-Normen) und die Normen auf- geführt, die nicht zu einer der vorgenannten Gruppen gehören (Sonstige Normen). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Auf eine Auflistung der CENELEC-Normen wurde hier verzichtet, da alle relevanten europäischen Normen in das VDE-Vorschriftenwerk über- nommen worden sind. Im Abschnitt 14.4.1 wird – falls relevant – der Zu- sammenhang zwischen der jeweiligen nationalen Norm und der entsprechenden internationalen bzw. europäischen Norm mit angege- ben. Um die Darstellung der Normen und Bestimmungen etwas übersichtli- cher und kompakter zu gestalten, wurde bei Dokumenten mit mehreren Teilen und mehreren Untergliederungen, soweit möglich, zunächst der Haupttitel dargestellt. Bei bestimmten Normen, z. B. IEC 60811 und IEC 60287, wurde auf die Angabe der einzelnen Teile verzichtet. Der Titel bezieht sich immer auf den fett gedruckten Teil der Dokumentnummer. Bei den Teilen oder Unterteilen ist dann der Haupttitel oder Haupttitel und Titel des übergeordneten Teils nicht mehr genannt. Die Zuordnung ist durch die Einrückung sowie den Fettdruck erkennbar; außerdem haben die Dokumenteinträge, die als Zusammenfassung für übergeord- nete Titel dienen, kein Ausgabedatum. Zu beachten ist, dass die Nummern der Änderungen zu den Harmoni- sierungsdokumenten (HD) und der VDE 0276 in der Regel nicht iden- tisch sind. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einigen Entwürfen das Unterko- mittee die Ermächtigung ausgesprochen hat, dass das Prüf- und Zerti- fizierungsinstitut des VDE die Zeichengenehmigung auf der Basis des vorliegenden Entwurfes erteilen kann. In Abschnitt 14.4.5 sind die zitierten Richtlinien, Empfehlungen und Merkblätter sowie wichtige Unfallverhütungsvorschriften (DGUV-Bestim - mungen) ebenfalls ohne Erscheinungsdatum aufgeführt. 428 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 429 14.4.1 DIN VDE-, DIN EN-, DIN IEC-Normen (als VDE-Bestim- mungen klassifiziert) DIN VDE 0100 (VDE 0100) Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1.000 V DIN VDE 0100 Beiblatt 5 (VDE 0100 Beiblatt 5) 1995-11 Maximal zulässige Längen von Kabeln und Leitungen unter Berücksichti- gung des Schutzes bei indirektem Berühren, des Schutzes bei Kurz- schluss und des Spannungsfalls DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100) 2009-06 Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe (IEC 60364-1: 2005, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 60364-1: 2008 DIN VDE 0100-200 (VDE 0100-200) 2006-06 Teil 200: Begriffe (IEC 60050-826: 2004, modifiziert) DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410) 2007-06 Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag (IEC 60364-4-41: 2005, modifiziert); Deutsche Übernahme HD 384.4.41 S2: 2007 DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430) 2010-10 Teil 4-43:Schutzmaßnahmen; Schutz bei Überstrom (IEC 60364-4-43: 2008, modifiziert + Corrigendum Okt. 2008); Deutsche Übernahme HD 60364-4-43: 2010 DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520) 2003-06 Teil 5: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel; Kapitel 52: Kabel- und Leitungsanlagen (IEC 60364-5-52: 1993, modifiziert); Deut- sche Fassung HD 384.5.52 S1: 1995 + A1: 1998 DIN VDE 0100-520-Berichtigung 1 2003-08 Berichtigung 1 DIN VDE 0100-520 Beiblatt 1 (VDE 0100-520 Beiblatt 1) 2008-10 Leitfaden für elektrische Anlagen – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel; Kabel- und Leitungsanlagen; Begrenzung des Temperatur- anstiegs bei Schnittstellenanschlüssen; Deutsche Fassung CLC/TR 50479: 2007 DIN VDE 0100-520 Beiblatt 2 (VDE 0100-520 Beiblatt 2) 2010-10 Beiblatt 2: Schutz bei Überlast, Auswahl von Überstrom-Schutz einrich - tungen, maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen zur Einhaltung des zulässigen Spannungsfalls und der Abschaltzeiten zum Schutz gegen elek- trischen Schlag DIN VDE 0100-732 (VDE 0100-732) 1995-07 Teil 732: Hausanschlüsse in öffentlichen Kabelnetzen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 430 DIN VDE 0100-736 (VDE 0100-736) DIN 57100-736 1983-11 Niederspannungsstromkreise in Hochspannungsschaltfeldern DIN VDE 0101 (VDE 0101) 2000-01 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV DIN EN 60909-0 (VDE 0102) 2002-07 Kurzschlussströme in Drehstromnetzen – Teil 0: Berechnung der Ströme (IEC 60909-0:2001); Deutsche Fassung EN 60909-0: 2001 DIN EN 50191 (VDE 0104) 2001-01 Errichten und Betreiben elektrischer Prüfanlagen DIN EN 50200 (VDE 0482) Normreihe für Brandfallprüfungen DIN VDE 0105-100 (VDE 0105) 2009-10 Betrieb von elektrischen Anlagen Teil 100 Allgemeine Festlegungen DIN VDE 0105-1 (VDE 0105-1) DIN EN 50110-1 2005-06 Deutsche Fassung EN 50110-1: 2004 DIN VDE V 0109 (VDE V 0109) 2009-10 Instandhaltung von Anlagen und Betriebsmitteln in elektrischen Versorgungsnetzen Teil 1 Systemaspekte und Verfahren 2014-09 Teil 2 Zustandsfeststellung von Betriebsmitteln/Anlagen 2014-09 DIN VDE 0115 (VDE 0115) Bahnanwendungen DIN VDE 0115-1 (VDE 0115-1) 2002-06 Allgemeine Bau- und Schutzbestimmungen, zusätzliche Anforderungen DIN EN 50122-1 (VDE 0115-3) 2011-09 Ortsfeste Bahnanlagen, Schutzmaßnahmen in Bezug auf elektrische Si- cherheit und Erdung DIN VDE 0150 (VDE 0150) DIN EN 50162 2005-05 Schutz gegen Korrosion durch Streuströme aus Gleichstromanlagen; Deut- sche Fassung EN 50162: 2004 DIN VDE 0207 (VDE 0207) DIN EN 57363 2005-02 Isolier- und Mantelmischungen für Kabel und isolierte Leitungen DIN VDE 0211 (VDE 0211 1985-12 Bau von Starkstrom-Freileitungen mit Nennspannungen bis 1.000 V DIN VDE 0220-100 (DIN EN 61238-1) 2004-03 Pressverbinder und Schraubverbinder für Nennspannungen bis einschließlich 36 kV (Um = 42 kV) Teil 1 Prüfverfahren und Anforderungen (IEC 61238-1: 2003); Deutsche Fassung EN 61238-1: 2003 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 431 DIN VDE 0220-3 (VDE 0220-3) DIN 57220-3 1977-10 VDE-Bestimmung für Einzel- und Mehrfachkabelklemmen mit Isolierteilen in Starkstrom-Kabelanlagen bis 1.000 V DIN VDE 0228 (VDE 0228) Maßnahmen bei Beeinflussung von Fernmeldeanlagen durch Starkstrom- anlagen DIN VDE 0228-1 (VDE 0228-1) 1987-12 Allgemeine Grundlagen DIN VDE 0228-2 (VDE 0228-2) 1987-12 Beeinflussung durch Drehstromanlagen DIN VDE 0228-3 (VDE 0228-3) 1988-09 Beeinflussung durch Wechselstrom-Bahnanlagen DIN VDE 0228-4 (VDE 0228-4) 1987-12 Beeinflussung durch Gleichstrom-Bahnanlagen DIN VDE 0228-5 (VDE 0228-5) 1987-12 Beeinflussung durch Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsanlagen (HGÜ) DIN VDE 0265 (VDE 0265) 1995-12 Kabel mit Kunststoffisolierung und Bleimantel für Starkstromanlagen DIN VDE 0266 (VDE 0266) 2000-03 Starkstromkabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall; Nennspannungen U0/U 0,6/1 kV DIN VDE 0266 2006-03 Berichtigungen zu DIN VDE 0266 (VDE 0266) DIN VDE 0271 (VDE 0271) 2007-01 Festlegungen für Starkstromkabel ab 0,6/1 kV für besondere Anwendungen DIN VDE 0271 2008-02 Berichtigungen zu DIN VDE 0271 (VDE 0271) DIN VDE 0276 (VDE 0276) Starkstromkabel DIN VDE 0276-603 (VDE 0276-603) 2010-03 Teil 603: Energieverteilungskabel mit Nennspannungen U0/U 0,6/1 kV; Deutsche Fassung HD 603 S1: 1994/A3: 2007 Teile 1, 3G und 5G DIN VDE 0276-604 (VDE 0276-604) 2008-02 Teil 604: Starkstromkabel mit Nennspannungen U0/U 0,6/1 kV mit verbes- sertem Verhalten im Brandfall für Kraftwerke; Deutsche Fassung HD 604 S1.1994 + A1: 1997 + A3: 2002 Teile 0, 1 und Teil 5G DIN VDE 0276-605 (VDE 0276-605) 2009-07 Teil 605: Ergänzende Prüfverfahren; Deutsche Fassung HD 605 S2: 2008 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 432 DIN VDE 0276-620 (VDE 0276-620) 2010-11 Teil 620: Energieverteilungskabel mit extrudierter Isolierung für Nennspan- nungen U0/U 3,6/6 kV bis 20,8/36 kV; Deutsche Fassung HD 620 S2: 2010, Teile 0, 1 und 10C DIN VDE 0276-621 (VDE 0276-621) 1997-05 Teil 621: Energieverteilungskabel mit getränkter Papierisolierung für Mittel- spannung; Deutsche Fassung HD 621 S1: 1996 Teile 1, 2, 3C und 4C DIN VDE 0276-622 (VDE 0276-622) 2006-05 Teil 622: Starkstromkabel mit Nennspannungen von 3,6/6 (7,2) kV bis 20,8/36 (42) kV mit verbessertem Verhalten im Brandfall für Kraftwerke; Deutsche Fassung HD 622 S1 Teil 1 und Teil 4D: 1996, +A1: 2000; +A2: 2005 DIN VDE 0276-626 (VDE 0276-626) 1997-01 Teil 626: Isolierte Freileitungsseile für oberirdische Verteilungsnetze mit Nennspannung U 0/U (Um) 0,6/1 (1,2) kV; Deutsche Fassung: HD 626 S1 Teile 1, 2, und 4 F-1: 1996 DIN VDE 0276-626/A1 (VDE 0276-626/A1) 1998-07 Änderung 1, Deutsche Fassung HD 626 S1/A1: 1997 DIN VDE 0276-627 (VDE 0276 Teil 627) 2006-09 Teil 627: Vieladrige und vielpaarige Kabel für die Verlegung in Luft und Erde; Deutsche Fassung HD 627 S1: 1996 Teile 0, 1, 4H und 7H +A1: 2000 +A2: 2005 DIN VDE 0276-632 (VDE 0276-632) 1999-05 Starkstromkabel mit extrudierter Isolierung und ihre Garnituren für Nennspan- nungen über 36 kV (Um = 42 kV) bis 150 kV (Um = 170 kV); Deutsche Fas- sung HD 632 S1: 1998 Teile 1, 3D, 4D, 5D DIN VDE 0276-633 (VDE 0276-633) 1999-05 Prüfungen an Ölkabeln mit einer Isolierung aus Papier oder polypropylenbe- schichtetem Papier und Metallmantel und Garnituren für Wechselspannun- gen bis 400 kV (Um = 420 kV); Deutsche Fassung HD 633 S1: 1997 Teile 1, 3D DIN VDE 0276-634 (VDE 0276-634) 1999-05 Prüfungen an Gasinnendruckkabeln und Garnituren für Wechselspannungen bis 275 kV (Um = 300 kV); Deutsche Fassung HD 634 S1: 1997 Teile 1, 3C DIN VDE 0276-635 (VDE 0276-635) 1999-05 Prüfungen an Gasaußendruckkabeln und Garnituren für Wechselspannun- gen bis 275 kV (Um = 300 kV); Deutsche Fassung HD 635 S1: 1997 Teile 1, 3C DIN VDE 0276-1000 (VDE 0276-1000) 1995-06 Teil 1000: Strombelastbarkeit, Allgemeines, Umrechnungsfaktoren www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 433 DIN VDE 0278 (VDE 0278) Starkstromkabel-Garnituren mit Nennspannungen U bis 30 kV (Um bis 36 kV) DIN EN 50393 (VDE 0278-393) 2006-11 Prüfverfahren und Prüfanforderungen für Garnituren von Verteilerkabeln mit einer Nennspannung von 0,6/1 kV (1,2 kV); Deutsche Fassung EN 50393: 2006 DIN EN 61442 (VDE 0278-442) 2006-01 Prüfverfahren und Prüfanforderungen für Starkstromgarnituren mit einer Nennspannung von 6 kV (Um = 7,2 kV) bis 36 kV (Um = 42 kV); (IEC 6144: 2005, modifiziert; Deutsche Fassung EN 61442: 2005) DIN VDE 0278-629-1 (VDE 0278-629-1) 2009-11 Teil 629: Prüfanforderungen für Kabelgarnituren für Starkstromkabel mit einer Nennspannung von 3,6/6 (7,2) kV bis 20,8/36 (42) kV; Teil 1: Kabel mit extrudierter Kunststoffisolierung; Deutsche Fassung HD 629.1 S2: 2006 DIN VDE 0278-629-2 (VDE 0278-629-2) 2009-07 Teil 629: Prüfanforderungen für Kabelgarnituren für Starkstromkabel mit einer Nennspannung von 3,6/6 (7,2) kV bis 20,8/36 (42) kV; Teil 2: Kabel mit mas- segetränkter Papierisolierung; Deutsche Fassung HD 629.2 S2: 2006 DIN VDE 0278-631 (VDE 0278-631) Kabel und isolierte Leitungen – Materialcharakterisierungen DIN VDE 0278-631-1 (VDE 0278-631-1) 2008-12 Teil 1: Fingerprint-und Typprüfungen für Reaktionsharzmassen; Deutsche Fassung HD 631.1 S2: 2007 DIN VDE 0278-631-2 (VDE 0278-631-2) 2008-12 Teil 2: Fingerprint-und Typprüfungen für wärmeschrumpfende Komponenten für Niederspannungsanwendungen; Deutsche Fassung HD 631.2 S1: 2007 DIN VDE 0278-631-3 (VDE 0278-631-3) 2009-05 Teil 3: Fingerprintprüfungen für wärmeschrumpfende Komponenten für Mittelspannungsanwendungen von 3,6/6 (7,2) kV bis 20,8/36 (42) kV; Deutsche Fassung HD 631.3 S1: 2008 DIN VDE 0278-631-4 (VDE 0278-631-4) 2009-05 Teil 4: Fingerprintprüfungen für kaltschrumpfende Komponenten für Nie- der-und Mittelspannungsanwendungen bis 20,8/36 (42) kV; Deutsche Fas- sung HD 631.4 S1: 2008 DIN VDE 0289 (VDE 0298) Begriffe für Starkstromkabel und isolierte Starkstromleitungen DIN VDE 0289-1 (VDE 0298-1) 1988-03 Allgemeine Begriffe DIN VDE 0289-2 (VDE 0298-2) 1988-03 Aufbauelemente www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 434 DIN VDE 0289-3 (VDE 0298-3 1988-03 Fertigungsvorgänge DIN VDE 0289-4 (VDE 0298-4) 1988-03 Prüfen und Messen DIN VDE 0289-5 (VDE 0298-5) 1988-03 Längen DIN VDE 0289-6 (VDE 0298-6) 1993-03 Zubehör, Garnituren DIN VDE 0289-7 (VDE 0298-7) 1988-03 Verlegung und Montage DIN VDE 0289-8 (VDE 0298-8) 1988-03 Strombelastbarkeit DIN VDE 0291-1 (VDE 0291-1) 1972-02 Bestimmungen für Füllmassen für Kabelzubehörteile sowie Abbrühmassen; Teil 1: Heiß zu vergießende Füllmassen, Kaltpreßmassen, Kaltvergußmassen sowie Abbrühmassen DIN VDE 0291-1a (VDE 0291-1a) 1973-07 Bestimmungen für Füllmassen für Kabelzubehörteile sowie Abbrühmas- sen; Teil 1: Heiß zu vergießende Füllmassen, Kaltpressmassen, Kaltver- gussmassen sowie Abbrühmassen DIN VDE 0293-1 (VDE 0293-1) 2006-10 Kennzeichnung von Adern von Starkstromkabeln und isolierten Stark- stromleitungen mit Nennspannungen bis 1.000 V; Teil 1: Ergänzende na- tionale Festlegungen DIN VDE 0293-308 (VDE 0293-308) 2003-01 Kennzeichnung von Adern von Kabeln/Leitungen und flexiblen Leitungen durch Farben; Deutsche Fassung HD 308 S2: 2001 DIN VDE 0293-334 (VDE 0293-334) 2001-10 Kennzeichnung der Adern durch Bedrucken; Deutsche Fassung EN 50344: 2001 VDE 0481 Normreihe für elektrische Prüfverfahren an Starkstromkabel DIN EN 60228 (VDE 0295) 2005-09 Leiter für Kabel und isolierte Leitungen (IEC 60228: 2004); Deutsche Fas- sung EN 60228: 2005 + Corrigendum 2005 DIN VDE 0298 (VDE 0298) Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 435 DIN VDE 0298-3 2006-06 Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen; Teil 3: Leitfaden für die Verwendung nicht harmonisierter Starkstromleitungen DIN VDE 0298-4 2003-08 Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen; Teil 4: Empfohlene Werte für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen für die feste Verlegung in und an Gebäuden und von flexiblen Leitungen DIN VDE 0298-300 2009-09 Leitfaden für die Verwendung harmonisierter Niederspannungsstarkstrom- leitungen DIN EN 60684 (VDE 0341) Normreihe für Isolierschläuche (IEC 60684); Deutsche Fassung EN 60684 DIN EN 62677 (VDE 0343) Wärmeschrumpfende Nieder- und Mittelspannungsformteile (IEC 62677); Deutsche Fassung EN 62677 DIN EN 60455 (VDE 0355) Normreihe für Reaktionsharzmassen für die Elektroisolierung (IEC 60455); Deutsche Fassung EN 60445 DIN EN 60529 (VDE 0470-1) 2000-09 Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code) (IEC 60529: 1989 + A1: 1999); Deut- sche Fassung EN 60529: 1991 + A1: 2000 DIN VDE 0472 (VDE 0472) Prüfung an Kabeln und isolierten Leitungen DIN VDE 0472 Beiblatt 1 (VDE 0472 Beiblatt 1) 2005-02 Verzeichnis der Normen der Reihe DIN VDE 0472 DIN EN 60811 (VDE 0473-811) Isolier- und Mantelwerkstoffe für Kabel und isolierte Leitungen – Allgemeine Prüfverfahren DIN VDE 0680 (VDE 0680) Körperschutzmittel, Schutzvorrichtungen und Geräte zum Arbeiten an unter Spannung stehenden Teilen bis 1.000 V DIN VDE 0680-1 (VDE 0680-1) 1990-05 (Entwurf) Isolierende persönliche Schutzausrüstungen und isolierende Schutzvor- richtungen DIN VDE 0680-3 (VDE 0680-3) DIN 57680-3 1977-09 Betätigungsstangen DIN VDE 0680-4 (VDE 0680-4) DIN 57680-4 1980-11 NH-Sicherungsaufsteckgriffe www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 436 DIN VDE 0680-6 (VDE 0680-6) DIN 57680-6 1977-04 Einpolige Spannungsprüfer bis 250 V Wechselspannung DIN VDE 0680-7 (VDE 0680-7) DIN 57680-7 1984-02 Passeinsatzschlüssel DIN EN 50575 (VDE 0482-575): 2017-02 „Starkstromkabel und -leitungen, Steuer- und Kommunikationskabel - Kabel und Leitungen für allgemeine Anwendungen in Bauwerken in Bezug auf die Anforderungen an das Brandverhalten; Deutsche Fassung EN 50575:2014 + A1:2016“ DIN EN 61243-3 (VDE 0680-401) 2011-02 Arbeiten unter Spannung – Spannungsprüfer – Teil 3: Zweipoliger Span- nungsprüfer für Niederspannungsnetze (IEC 61243-3: 2009); Deutsche Fas- sung EN 61243-3: 2010 DIN VDE 0681 (VDE 0681) Geräte zum Betätigen, Prüfen und Abschranken unter Spannung stehender Teile mit Nennspannungen über 1 kV DIN VDE 0681-1 (VDE 0681-1) 1986-10 Allgemeine Festlegungen für DIN VDE 0681 Teil 2 bis Teil 4 DIN VDE 0681-2 (VDE 0681-2) DIN 57681-2 1977-03 Schaltstangen DIN VDE 0681-3 (VDE 0681-3) DIN 57681-3 1977-03 Sicherungszangen DIN VDE 0681-6 (VDE 0681-6) 1985-06 Spannungsprüfer für Oberleitungsanlagen elektrischer Bahnen 15 kV, 16 2/3 Hz DIN EN 60900 (VDE 0682-201) 2005-01 Arbeiten unter Spannung, Handwerkzeuge zum Gebrauch bis AC 1.000 V und DC 1500 V (IEC 60900: 2004, modifiziert); Deutsche Fassung EN 60900: 2004 DIN EN 60832 (VDE 0682-211) 2010-12 Isolierende Arbeitsstangen und zugehörige Arbeitsköpfe zum Arbeiten unter Spannung (IEC 60832: 1988 mod.); Deutsche Fassung EN 60832: 1996 DIN EN 60903 (VDE 0682-311) 2004-07 Arbeiten unter Spannung, Handschuhe aus isolierendem Material (IEC 60903: 2002 und Corrigendum 2003, modifiziert); Deutsche Fassung EN 60903: 2003 DIN EN 60903/A11 (VDE 0682-311/A11) 1999-04 Änderung 11 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 437 DIN EN 60984 (VDE 0682-312) 1994-10 Isolierende Ärmel zum Arbeiten unter Spannung (IEC 60984: 1990, modifi- ziert); Deutsche Fassung EN 60984: 1992/A11: 1997 DIN EN 60903/A11 (VDE 0682-311/A11) 1999-04 Änderung 11 DIN EN 60984 (VDE 0682-312) 1994-10 Isolierende Ärmel zum Arbeiten unter Spannung (IEC 60984: 1990, modifi- ziert); Deutsche Fassung EN 60984: 1992/A11: 1997 DIN EN 60984/A11 (VDE 0682-311/A11) 1999-04 Änderung 2 DIN EN 61243-1 (VDE 0682-411) 2010-09 Arbeiten unter Spannung -Spannungsprüfer -Teil 1: Kapazitive Ausführung für Wechselspannungen über 1 kV (IEC 61243-1: 2003, modifiziert + Cor- rigendum 1: 2005 + A1: 2009); Deutsche Fassung EN 61243-1: 2005 + A1: 2010 DIN EN 61481 (VDE 0682-431) 2002-07 Arbeiten unter Spannung – Phasenvergleicher für Wechselspannungen von 1 kV bis 36 kV (IEC 61481: 2001); Deutsche Fassung EN 61481: 2001 DIN EN 61229 (VDE 0682-551) 1997-01 Starre Schutzabdeckungen zum Arbeiten unter Spannung in Wechselspan- nungsanlagen (IEC 1229: 1993, modifiziert); Deutsche Fassung EN 61229: 1995 DIN EN 61229/A1 (VDE 0682-551/A1) 1999-04 Änderung 1 DIN EN 61236 (VDE 0682-651) 1996-11 Mastsättel, Stangenschellen und Zubehör zum Arbeiten unter Spannung (IEC 61236: 1993, modifiziert); Deutsche Fassung EN 61236: 1995 DIN EN 61057 (VDE 0682-741) 1995-08 Hubarbeitsbühnen mit isolierender Hubeinrichtung zum Arbeiten unter Span- nung über AC 1 kV (IEC 1057: 1991, modifiziert); Deutsche Fassung EN 61057: 1993 DIN EN 61230 (VDE 0683-100) 2009-07 Arbeiten unter Spannung; Ortsveränderliche Geräte zum Erden oder Erden und Kurzschließen (IEC 61230: 2008); Deutsche Fassung EN 61230: 2008 DIN EN 61219 (VDE 0683-200) 1995-01 Arbeiten unter Spannung; Erdungs- oder Erdungs- und Kurzschließvorrich- tung mit Stäben als kurzschließendes Gerät – Staberdung (IEC 1219: 1993); Deutsche Fassung EN 61219: 1993 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 438 14.4.2 DIN-Normen DIN 1960 2010-08 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil A: Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen DIN 1961 2010-08 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen DIN 1998 1978-05 Unterbringung von Leitungen und Anlagen in öffentlichen Flächen; Richtlinien für die Planung DIN 4124 2002-10 Baugruben und Gräben; Böschungen, Verbau, Arbeitsraumbreiten DIN 17640-1 2004-02 Bleilegierungen für allgemeine Verwendung DIN EN 12548 1999-11 Blei- und Bleilegierungen – Bleilegierungen in Blöcken für Kabelmäntel und Muffen; Deutsche Fassung EN 12548: 1999 DIN 18300 bis DIN 18421 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Normen aus diesem Bereich sind nachfolgend nur mit dem Untertitel auf- geführt: DIN 18300 2010-04 Erdarbeiten DIN 18301 2010-04 Bohrarbeiten DIN 18303 2010-04 Verbauarbeiten DIN 18304 2010-04 Ramm-, Rüttel- und Pressarbeiten DIN 18309 2010-04 Einpressarbeiten DIN 18315 2010-04 Verkehrswegebauarbeiten; Oberbauschichten ohne Bindemittel DIN 18316 2010-04 Verkehrswegebauarbeiten, Oberbauschichten mit hydraulischen Binde- mitteln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 439 DIN 18317 2010-0 Verkehrswegebauarbeiten, Oberbauschichten aus Asphalt DIN 18318 2010-0 Verkehrswegebauarbeiten – Pflasterdecken und Plattenbeläge in unge- bundener Ausführung, Einfassungen DIN 18319 2010-04 Rohrvortriebsarbeiten DIN 18336 2010-04 Abdichtungsarbeiten DIN 18364 2010-04 Korrosionsschutzarbeiten an Stahlbauten DIN 18382 2010-04 Nieder- und Mittelspannungsanlagen mit Nennspannungen bis 36 kV DIN 18384 2010-04 Blitzschutzanlagen DIN 18920 2002-08 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Schutz von Bäumen, Pflanzenbe- ständen und Vegetationsflächen bei Baumaßnahmen DIN 46235 1983-07 Kabelschuhe für Pressverbindungen; Laschenform für Kupferleiter DIN 46267-1 1985-10 Pressverbinder, nicht zugfest, für Kupferleiter DIN 46267-2 1985-10 Pressverbinder, nicht zugfest, für Aluminiumleiter DIN 46329 1983-07 Kabelschuhe für Pressverbindungen; Ringform für Aluminiumleiter DIN 46391 Spulen für die Lieferung von Kabeln, Leitungen und Seilen DIN 46391-1 2005-04 (Entwurf) Spulen mit Flanschdurchmesser bis 2800 mm, Maße DIN 46391-2 1981-04 Technische Lieferbedingungen für Spulen aus Holz DIN 46391-3 1984-01 Spulen mit Flanschdurchmesser über 2800 mm; Maße DIN 46391-4 1985-04 Technische Lieferbedingungen für Spulen aus Stahl www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 440 DIN 47600 Verbindungsmuffen aus Metallguss für Starkstromkabel bis 10 kV DIN 47600-1 1974-10 Schutzmuffen DIN 47600-2 1974-10 Innenmuffen DIN 47600-3 1974-10 Zuordnung der Verbindungsmuffen zu den papierisolierten Kabeln, Zuord- nung der Kupferverbindungsseile DIN 47600-4 1974-10 Innerer Aufbau für papierisolierte Kabel DIN 47600-5 1974-10 Montageanweisung für papierisolierte Kabel DIN 47600-6 1974-10 Zuordnung der Verbindungsmuffen zu kunststoffisolierten Kabeln 0,6/1 kV DIN 47600-7 1974-10 Innerer Aufbau für kunststoffisolierte Kabel 0,6/1 kV DIN 47606 1974-10 Verbindungsmuffen aus Metallguss für Starkstromkabel mit einzelnen ge- schirmten Adern von 10 kV bis 30 kV; Schutzmuffen DIN V 47640 2009-10 Verbindungsmuffen aus wärmeschrumpfendem Kunststoffschlauch für kunst- stoffisolierte Starkstromkabel mit Nennspannung 0,6/1 (1,2) kV DIN EN 50180 2011-04 Durchführungen über 1 kV bis 52 kV und von 250 A bis 3,15 kA für flüssig- keitsgefüllte Transformatoren; Deutsche Fassung EN 50180: 2010 DIN EN 50181 2011-04 Steckbare Durchführungen über 1 kV bis 52 kV und von 250 A bis 2,50 kA für Anlagen anders als flüssigkeitsgefüllte Transformatoren; Deutsche Fas- sung EN 50181: 2010 DIN 47658 1975-04 Kabel-Abzweigklemmen in Hausanschlussmuffen für Kupfer- und Aluminium- leiter DIN EN 12613 2009-09 Warneinrichtungen aus Kunststoff mit visuellen Eigenschaften für erdverlegte Kabel und Rohrleitungen DIN 54841-3 2000-07 Warneinrichtungen aus Kunststoff für erdverlegte Kabel und Rohrleitungen; Teil 3: Detektierbares Trassenband www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 441 DIN 54841-5 2000-11 Warneinrichtungen aus Kunststoff für erdverlegte Kabel und Rohrleitungen; Teil 5: Kabelabdeckung DIN 57220 siehe DIN VDE 0220-3 14.4.3 IEC-Normen IEC 60050-461 2008-06 International Electrotechnical Vocabulary; Chapter 461: Electric cables Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEW); Kabel und Leitungen IEC 60055 Ed. 5.1 Paper-insulated metal sheathed cables for rated voltages up to 18/30 kV (with copper or aluminium conductors and excluding gas-pressure and oil- filled cables) Papierisolierte Kabel mit Metallmantel für Nennspannungen bis 18/30 kV (mit Kupfer- oder Aluminiumleiter, ausgenommen Gasdruck- und Ölkabel) IEC 60055-1 Part 1: Tests on cables and their accessories 2005-05 Teil 1: Prüfungen an Kabeln und ihren Garnituren IEC 60055-1 AMD 1 2005-02 Amendment No. 1 Änderung 1 IEC 60055-2 Part 2: General and construction elements 1981-00 Teil 2: Allgemeines und Forderungen zum Aufbau IEC 60055-2 AMD 1 1989-09 Amendment No. 1 Änderung 1 IEC 60055-2 AMD 2 2005-02 Amendment No. 2 Änderung 2 IEC 60141 Tests on oil-filled and gas-pressure cables and their accessories Prüfungen an Ölkabeln und Gasdruckkabeln und ihren Garnituren IEC 60141-1 1993-09 Part 1: Oil-filled, paper-insulated, metal-sheathed cables and accesso- ries for alternating voltages up to and including 400 kV Teil 1: Papierisolierte Ölkabel mit Metallmantel und Garnituren für Wech- selspannungen bis 400 kV IEC 60141-1 AMD 1 1995-02 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60141-1 AMD 2 1998-08 Amendment 2 Änderung 2 IEC 60141-2 1963-01 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 442 Part 2: Internal gas-pressure cables and accessories for alternating vol- tages up to 275 kV Teil 2: Gasinnendruckkabel und Garnituren für Wechselspannungen bis 275 kV IEC 60141-2 AMD 1 1967-05 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60141-3 1963-01 Part 3: External gas-pressure (gas compression) cables and accesso- ries for alternating voltages up to 275 kV Teil 3: Gasaußendruckkabel und Garnituren für Wechselspannungen bis 275 kV IEC 60141-3 AMD 1 1967-05 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60141-4 1980-01 Part 4: Oil-impregnated paper-insulated high pressure oil-filled pipe-type cables and accessories for alternating voltages up to and including 400 kV Teil 4: Ölimprägnierte papierisolierte Hochdruck-Öl-Rohrkabel und Garni- turen für Wechselspannungen bis einschließlich 400 kV IEC 60141-4 AMD 1 1990-10 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60183 1984-01 Guide to the selection of high-voltage cables Anleitung für die Auswahl von Hochspannungskabeln IEC 60183 AMD 1 1990-11 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60228 2004-11 Conductors of insulated cables Leiter von Kabeln und isolierten Leitungen IEC 60229 2007-10 Tests on extruded oversheaths with a special protective function Prüfungen an extrudierten Außenmänteln, die eine besondere Schutzfunk- tion haben IEC 60230 1966-01 Impulse tests on cables and their accessories Stoßspannungsprüfungen an Kabeln und ihren Garnituren IEC 60231 1967-01 General principles of nuclear reactor instrumentation Allgemeine Prinzipien für die Instrumentierung von Kernreaktoren www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 443 IEC 60287 Electric cables – Calculation of the current rating Normreihe für Kabel – Berechnung der Bemessungsströme IEC 60331 Tests for electric cables under fire conditions – circuit integrity Normreihe für Prüfungen an Kabeln und isolierten Leitungen unter Brand- bedingungen – Isolationserhalt IEC 60332 Test on electric cables and optical fibres under fire conditions Normreihe für Prüfungen an Kabeln, isolierten Leitungen und Glasfaserka- beln unter Brandbedingungen IEC 60364 Low-voltage electrical installations/Electrical installations of buildings IEC 60364-1 Edition 5.0 2005-11 Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions IEC 60364-4-41 2005-12 Part 4-41: Protection for safety – Protection against electric shock IEC 60364-4-42 2010-05 Part 4-42: Protection for safety – Protection against thermal effects IEC 60364-4-43 2008-08 Part 4-43: Protection for safety – Protection against overcurrent IEC 60364-5-51 2005-04 Part 5-51: Selection and erection of electrical equipment; Chapter 51: Common rules IEC 60502 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated volta- ges from 1 kV (Um = 1.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV) Starkstromkabel mit extrudierter Isolierung und deren Garnituren für Nenn- spannungen von 1 kV (Um = 1,2 kV) bis 30 kV (Um = 36 kV) IEC 60502-1 2004-04 Part 1: Cables for rated voltages of 1 kV (Um = 1.2 kV) and 3 kV (Um = 3.6 kV) Teil 1: Kabel für Nennspannungen von 1 kV (Um= 1,2 kV) und 3 kV (Um =  3,6 kV) IEC 60502-1 AMD 1 2009-09 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60502-2 2005-03 Part 2: Cables for rated voltages from 6 kV (Um= 7.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV) Teil 2: Kabel für Nennspannungen von 6 kV (Um= 7,2 kV) bis 30 kV (Um = 36 kV) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 444 IEC 60502-4 2010-12 Part 4: Test requirements on accessories for cables with rated volta- ges from 6 kV (Um = 7.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV) Teil 4: Prüfanforderungen für Kabelgarnituren mit Nennspannungen von 6 kV (Um = 7,2 kV) bis 30 kV (Um = 36 kV) IEC 60724 2000-10 Short-circuit temperature limits of electric cables with a rated voltage of 1 kV (Um = 1.2 kV) and 3 kV (Um = 3.6 kV) Grenzen der Kurzschlusstemperaturen von Kabeln mit Nennspannungen von 1 kV (Um = 1,2 kV) und 3 kV (Um = 3,6 kV) IEC 60724-1 AMD 1 2008-09 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60754 Test on gases evolved during combustion of materials from cables Prüfung der bei der Verbrennung von Kabelwerkstoffen freigesetzten Gase IEC 60754-1 1994-01 Part 1: Determination of the amount of halogen acid gas Teil 1: Bestimmung der Menge von Halogenkarbonsäure-Gas IEC 60754-2 1991-08 Part 2: Determination of degree of acidity of gases evolved during the combustion of materials taken from electric cables by measuring pH and conductivity Teil 2: Bestimmung des Grades der Korrosivität von Gasen, die während der Verbrennung der Werkstoffe von Kabeln und isolierten Leitungen freigesetzt werden, durch Messung des pH-Wertes und der elektrischen Leitfähigkeit IEC 60754-2 AMD 1 1997-04 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60811 Common test methodes for insulating and sheathing materials of electric and optical cables Normreihe für Prüfverfahren für Isolier- und Mantelwerkstoffe für Kabel und isolierte Leitungen IEC 60840 2004-04 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated volta- ges above 30 kV (Um = 36 kV) up to 150 kV (Um = 170 kV) Starkstromkabel mit extrudierter Isolierung und ihre Garnituren für Nenn- spannungen über 30 kV (Um = 36 kV) bis 150 kV (Um = 170 kV) IEC 60853 Calculation of the cyclic and emergency current rating of cables www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 445 Berechnung der Strombelastbarkeit von Kabeln bei zyklischer Last und bei Notbetrieb IEC 60853-1 1985-01 Part 1: Cyclic rating factor for cables up to and including 18/30 (36) kV Teil 1: Zyklischer Belastbarkeitsfaktor für Kabel bis einschließlich 18/30 (36) kV IEC 60853-1 AMD 1 1994-09 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60853-1 AMD 2 2008-10 Amendment 2 Änderung 2 IEC 60853-2 1989-09 Part 2: Cyclic rating of cables greater than 18/30 (36) kV and emer- gency ratings for cables of all voltages Teil 2: Belastbarkeit bei zyklischer Last von Kabeln mit Spannungen größer 18/30 (36) kV und bei Notbetrieb von Kabeln aller Spannungen IEC 60853-2 AMD 1 2008-10 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60853-3 2002-02 Part 3: Cyclic rating factor for cables of all voltages, with partial drying out of the soil Teil 3: Umrechnungsfaktor für Kabel aller Spannungen bei teilweiser Austrocknung des Erdbodens IEC 60885 Electrical test methods for electric cables Elektrische Prüfverfahren für elektrische Kabel IEC 60885-1 1987-03 Part 1: Electrical tests for cables, cords and wires for voltages up to and including 450/750 V Teil 1: Elektrische Prüfverfahren für Kabel, Leitungen und Drähte für Spannungen bis einschließlich 450/700 V IEC 60885-2 1987-03 Part 2: Partial discharge tests Teil 2: Teilentladungsprüfungen IEC 60885-3 1988-07 Part 3: Test methods for partial discharge measurements on lengths of extruded power cables Teil 3: Prüfverfahren für Teilentladungsmessungen an langen Stücken von extrudierten Starkstromkabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 446 IEC 60949 1988-11 Calculation of thermally permissible short-circuit currents, taking into account non-adiabatic heating effects IEC 60949 AMD 1 2008-09 Amendment 1 Änderung 1 IEC 60986 2000-10 Short circuit temperature limits of electric cables with rated voltages from 6 kV up to 30 kV Grenzen der Kurzschlusstemperatur von Kabeln mit Nennspannungen von 6 kV bis 30 kV IEC 60986 AMD 1 2008-09 Amendment 1 Änderung 1 IEC 61034 Measurement of smoke density of electric cables burning under defined conditions Rauchdichtemessung an elektrischen Kabeln und Leitungen, die unter defi- nierten Bedingungen brennen IEC 61034-1 2005-04 Part 1: Test apparatus Teil 1: Prüfeinrichtung IEC 61034-2 2005-04 Part 2: Test procedure and requirements Teil 2: Prüfablauf und Anforderungen IEC 61034-2 Corr. 1 2006-05 Correction 1 Korrektur 1 IEC 61238-1 2003-05 Compression and mechanical connectors for power cables for rated volta- ges up to 36 kV (Um = 42 kV); Part 1: Test methods and requirements Pressverbinder und Schraubverbinder für Starkstromkabel für Nennspan- nungen bis einschließlich 36 kV (Um = 42 kV); Teil 1: Prüfverfahren und Anforderungen IEC 61442 2005-03 Test methods for accessories for power cables with rated voltages from 6 kV (Um = 7,2 kV) up to 36 kV (Um = 42 kV) Prüfmethoden für Garnituren von Starkstromkabeln für Spannungen von 6 kV (Um = 7,2 kV) bis 36 kV (Um = 42 kV) IEC 61443 1999-07 Short-circuit temperature limits of electric cables with rated voltages above 30 kV (Um = 36 kV) Grenzen der Kurzschlusstemperatur von Kabeln mit Spannungen über 30 kV (Um = 36 kV) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 447 IEC 62067 Ed. 1.1 2006-03 Power cables with extruded insulation and their accessories above 150 kV (Um = 170 kV) up to 500 kV (Um = 550 kV) – Test methods and requirements Starkstromkabel und ihre Garnituren für Nennspannungen über 150 kV (Um= 170 kV) bis 500 kV (Um = 550 kV) – Prüfmethoden und Anforderungen 14.4.4 Sonstige Normen EN 60529 siehe DIN EN 60529 (VDE 0470-1) DIN EN ISO 9000 Qualitätsmanagementsysteme DIN ISO 9000-3 Leitfaden für die Anwendung VDI 2700 Ladungssicherung auf Straßenfahrzeugen 14.4.5 Sonstige Richtlinien AfK Arbeitsgemeinschaft DVGW/VDE für Korrosionsfragen (AfK): Empfehlun- gen und Richtlinie siehe auch SfB AfK-Empfehlung Nr. 8 Kathodischer Korrosionsschutz für Stahlrohre von Hochspannungskabeln ARegV Anreizregulierungsverordnung ATB-BeStra Allgemeine technische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommunikationslinien BG Berufsgenossenschaften, siehe Unfallverhütungsvorschriften (UVV) BBodSchV Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung Bundes-Immissionsschutzgesetz Sechsundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissi- onsschutzgesetzes (Verordnung über elektromagnetische Felder – 26. BlmSchV) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 448 DGUV Deutsche gesetzliche Unfallversicherung, Hinweis: ersetzen die BG bzw. UVV DVGW-Arbeitsblätter Arbeitsblätter des DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V.) EEG Erneuerbare Energien Gesetz EnWG Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschafts- gesetz EnWG) FNN Forum Netztechnik/Netzbetrieb erstellt Anwendungsregeln (AR) VDE AR N-Forum Netztechnik/Netzbetrieb, Anwendungsregeln Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umwelt- verträglichen Beseitigung von Abfällen Merkblatt Baumstandorte Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsaus- schuss Kommunaler Straßenbau: Merkblatt über Baumstandorte und unterirdische Ver- und Entsorgungsanlagen Kreuzungsrichtlinien: Stromkreuzungsrichtlinien Richtlinien über Kreuzungen von Starkstromleitungen eines Unterneh- mens der öffentlichen Elektrizitätsversorgung (EVU) mit DB-Gelände oder DB-Starkstromleitungen NE-Stromkreuzungsrichtlinien Richtlinien über Kreuzungen von Starkstromleitungen eines Unterneh- mens der öffentlichen Elektrizitätsversorgung (EVU) mit Gelände oder Starkstromleitungen der Nichtbundeseigenen Eisenbahnen (NE) Wasserstraßen-Kreuzungsvorschrift Wasserstraßen-Kreuzungsvorschrift für fremde Starkstromanlagen (WKV) NABEG Netzausbaubeschleunigungsgesetz NAV Niederspannungsanschlussverordnung (Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung). Verordnung des Bundes- www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 449 ministers für Wirtschaft und Technologie vom 01. November 2006 (BGBl. I S. 2477) Richtlinien Brandschutz Verband der Schadenversicherer e. V. (VdS): Kabel- und Leitungsanlagen, Richtlinien zur Schadenverhütung. Der VdS firmiert heute unter: VdS Schadenverhütung GmbH RI-LEI-BRÜ Bundesministerium für Verkehr: Richtlinien für das Verlegen und Anbringen von Leitungen an Brücken Römische Verträge Hierunter versteht man die in Rom am 25.03.1957 unterzeichneten und am 01.01.1958 in Kraft gesetzten Verträge zur Gründung der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (EWG) und der Europäischen Atomgemeinschaft (EAG). RSA Bundesministerium für Verkehr, Abteilung Straßenbau: Richtlinie für die Si- cherung von Arbeitsstellen an Straßen (Fassung vom Februar 1995). Ver- kehrsblatt – Dokument Nr. B 5707 Sektorenrichtlinie Richtlinie 2004/17/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 31. März 2004 zur Koordinierung der Zuschlagserteilung durch Auftragge- ber im Bereich der Wasser-, Energie- und Verkehrsversorgung sowie der Postdienste (Amtsblatt der Europäischen Union Nr. L 134/1 vom 30.04.2004) SfB Schiedsstelle für Beeinflussungsfragen der Deutschen Bahn AG, der Deut- schen Bundespost Telekom und der Vereinigung Deutscher Elektrizitäts- werke: Technische Empfehlungen und Richtlinien Technische Empfehlung Nr. 3 Richtlinie für Schutzmaßnahmen an TK-Anlagen gegen Beeinflussung durch Netze der elektrischen Energieübertragung, -verteilung sowie Wech- selstrombahnen Technische Empfehlung Nr. 7 Maßnahmen beim Bau und Betrieb von Rohrleitungen im Einflussbe- reich von Hochspannungs-Drehstromanlagen und Wechselstrom-Bahn- anlagen herausgegeben von der SfB und der AfK, textgleich mit der AfK-Empfehlung Nr. 3 StVO Straßenverkehrs-Ordnung – StVO www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 450 TGL Technische Güte- und Lieferbedingungen waren bis 1989 die Normen der DDR und wurden im Zuge der Wiedervereinigung sukzessive zurück gezogen. Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik (UVV): BGR A3 Arbeiten unter Spannung an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln BGR 500 Betreiben von Arbeitsmitteln BGV A1 Allgemeine Vorschriften mit Durchführungsanweisungen BGV A3 (VBG 4) Elektrische Anlagen und Betriebsmittel mit Durchführungsanweisungen BGV C22 (VBG 37) Bauarbeiten BGV D9 (VBG 45) Arbeiten mit Schussapparaten Weitere, nicht zitierte Unfallverhütungsvorschriften, die bei Bauarbeiten im Zu- sammenhang mit Starkstromkabeln von Bedeutung sein können: BGV D8 (VBG 8) Winden, Hub- und Zuggeräte VBG 40 Bagger, Lader, Planiergeräte, Schürfgeräte und Spezialmaschinen des Erdbaues (Erdbaumaschinen) zurückgezogen (vom 1. Januar 1976 in der Fassung vom 01. Januar 1997) BGV D28 (VBG41) Rammen BGV D36 (VBG 74) Leitern und Tritte ´ BGV D32 (VBG 89) Arbeiten an Masten, Freileitungen und Oberleitungsanlagen BGV A5 (VBG 109) Erste Hilfe VOB siehe DIN 1961 Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil B: Allgemeine Ver- tragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 451 WHG Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushaltes (Wasserhaushaltsgesetz – WHG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 19.08.2002 (BGBl. I S. 3245) ZTV-SA Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Sicherungsarbeiten an Arbeitsstellen an Straßen ZTVA-StB Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Ver- kehrsflächen ZTVE-StB Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 452 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 15 Schrifttum zu Abschnitt 1: Einleitung [1.1] Biewald, H.; Ritter, G.: Ein Rückblick auf die Berliner Kabeltechnik aus Sicht der Energieversorgung. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 11/12, S. 742-755. [1.2] Tellier, R.: Hundert Jahre Energiekabel – Rückschau und Ausblick. Elek- trizitätswirtschaft, Jg. 82 (1983), Heft 3, S. 50-56. zu Abschnitt 2: Kabel [2.1] Dörnemann, C.; Cronau, O. N.: Gesetz zur Beschleunigung des Ausbaus der Höchstspannungsnetze (EnLAG). 75. Kabelseminar der Leibniz Uni- versität Hannover, 23./24. Februar 2010 [2.2] Fricke, K.-G.: Freileitungen und Kabel in Mittelspannungs- und Hoch- spannungsnetzen der Energieversorgung. 66. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover, 18./19. Oktober 2005 [2.3] Heinhold, L.; Stubbe, R.: Kabel und Leitungen für Starkstrom. Pirelli Kabel und Systeme GmbH & Co. KG/Publicis MCD Verlag, Berlin/Erlan- gen, 5. Auflage (1999). [2.4] Harelik, P; Hornig, N.; Rittinghaus, D.: Temperatur- und Belastungsmes- sungen an PVC-Niederspannungskabeln zur Abschätzung der Kabelle- bensdauer. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 7, S. 359-365. [2.5] Angenend, M.; Haag, M.; Zinburg, E.: Belastbarkeitsuntersuchungen an einer 25-kV-Mittelspannungstrasse. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 26, S. 1696-1702. [2.6] Jungnitz, L.: 380-kV-Leitungsvorhaben Wesel-Meppen: Pilotprojekt Zwi- schenverkabelung Raesfeld. 87. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover, 23./24. Februar 2016 [2.7] Brakelmann, H.: Kabelbelastbarkeit bei Berücksichtigung von Tages- und Wochenlastzyklen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 7, S. 368- 372. [2.8] Weissmüller, G.; Worch, M.: Wirtschaftlichkeitsverbesserung in Elektri- zitätsverteilungsnetzen durch Auslastungsmonitor für Energiekabelsys- teme. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 9, S. 588-593. [2.9] van Hove, C; Klockhaus, H.; Kosmann, F.-J.; Schuppe, W.-D.: Zur Überlast- barkeit von Kabelsystemen. AEG Kabel, Technische Mitteilungen Heft 3/83. [2.10] Lieber, P.: Ein einfaches thermisches Modell für den zeitlichen Verlauf der Kabelerwärmung. EVU-Betriebspraxis (1996), Heft 4, S. 130-132. [2.11] Lücking, H. W.: Energiekabeltechnik. Vieweg, Braunschweig – Wiesba- den, (1981). [2.12] Kiwit, W.; Wanser, G.; Laarmann, H.: Hochspannungs- und Hochleis- tungskabel. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main, (1985). [2.13] Kliesch, M.; Merschel, F.: Starkstromkabelanlagen, Buchreihe Anlagen- technik für elektrische Verteilungsnetze. VDE-Verlag GmbH, Berlin, 2. Auflage 2010 453 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 [2.14] Strahringer, W.: Zauberwelt der Normzahlen. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main. [2.15] Stolle, D.: Eigenschaften und Herstellung von Polyethylen-Kabeln. 89. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover, 21./22. Februar 2017 [2.16] Kuhnert, E..; Wiznerowicz, F.: Eigenschaften von Energiekabeln und deren Messung. EW Medien und Kongresse, Frankfurt am Main und Ber- lin, 3. Auflage 2012. [2.17] Ashcraft, A. C.; Eichhorn, R. M.; Shaw, R. G.: Laboratory Studies of Tre- eing in Solid Sielectrics and Voltage Stabilization of Polyethylene. Conf. Tecord IEEE Trans. El. 1976, S. 213 – 218 [2.18] Olshausen, R. v.: Water Treeing: Mechanismen, Auswirkungen und Re- tardierungsmöglichkeiten. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 84 (1985), Heft 26, S. 1098 – 1102 [2.19] Beyer, M.; Boeck, W.; Möller, K.; Zaengl, W.: Hochspannungstechnik. Springer-Verlag (1986). [2.20] Pöhler, S.; Schipper, E.: Teilentladungsmessungen an VPE-Hochspan- nungskabeln und Garnituren, etz, Bd. 113 (1992), Heft 16, S. 1006-1012. [2.21] Klockhaus, H.; Merschel, F.: Langzeitprüfungen an VPE-isolierten MS- Kabeln – Typprüfung und fertigungsbegleitende Prüfung. Elektrizitäts- wirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 26, S. 1808-1816. [2.22] Banowski, D.; Merschel, F. u. a.: Einführung des harmonisierten Verfah- rens für die Langzeitprüfung an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 99 (2000), Heft 20, S. 52-53. [2.23] Weck, K.-H.: Stufentest zur Ermittlung des Isolationszustands betrieblich vorbeanspruchter PE- und VPE-Mittelspannungskabel. Elektrizitätswirt- schaft 88 (1989), H 8, S. 470-473 [2.24] Ritter, G.: Hochspannungskabel 110 kV. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 85 (1986), Heft 18, S. 644-654. [2.25] Jahnke, B.; Hansen, S.: Energieübertragung in Ballungsräumen mit VPE- Höchstspannungskabeln bis 400 kV. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 26, S. 1705-1714. [2.26] Hahne, G.; Waschk, V.: 110-kV-Stadtkabel zum Retrofitting von Rohrka- beln. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1770-1774. [2.27] Brakelmann, H.; Kirchner, M.; Rasquin, W.; Waschk, V.: Retrofitting von 110-kV-Druckkabelanlagen mit 110-kV-VPE-Kabeln. Elektrizitätswirt- schaft, Jg. 96 (1997), Heft 4, S. 116-119. [2.28] Jahnke, B.; Speck, D.; Weck, K.-H.: 380-kV-VPE-Kabelanlage für einen Kraftwerksanschluß. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1736-1743. [2.29] Bewag-Langzeitversuch an 380-kV-Kunststoffkabeln bei Cesi. Elektrizi- tätswirtschaft, Jg. 96 (1997), Heft 9, S. 436-439. [2.30] Henningsen, C.-G.; Wohlers, M.: Innovative und wirtschaftliche Einbindung Berlins ins europäische Verbundnetz. ew, Jg. 100 (2001), Heft 26, S. 26-27. [2.31] Grube, S.; Polster, K.; Müller, K.-B.; Schroth, R.; Steinbrink, D.; Plath, R.: Erfahrungen mit der neuen Übertragungstechnik 380-kV-VPE-Kabel. ew, Jg. 100 (2001), Heft 26, S. 34-37. 454 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 [2.32] Polster, K.; Heppner, E.; Henkel, W.: Tunnelbauverfahren für die 380-kV- Diagonalverbindung in Berlin. ew, Jg. 100 (2001), Heft 26, S. 30-32. [2.33] Glaese, U.; Goehlich, L: Überwachung von Hochspannungskabelanla- gen – Methoden und Kundennutzen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 16, S. 992-1000. [2.34] Oswald, B. R.; Gockenbach, E.: Gleichstrom-Seekabel. 77. Kabelsemi- nar der Leibniz Universität Hannover, 22./23. Februar 2011. [2.35] Krontiris, A.: Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Se- minar Hoch- und Mittelspannungsschaltgeräte und -anlagen, RWTH, In- stitut für Hochspannungstechnik, Aachen, 19./20. Juni 2017. [2.36] Fromm, U.: Opimized conductors for XLPE cables with a large cross- section, European Transactions of Electrical Power 2005; 15; S. 109-121. [2.37] CIGRE WG B1.03: Large cross-sections and composite screen design. Electra 33, No: 220-June 2005. [2.38] Biewald, H.; Hänisch, L.; Honarmand, H.; Hopp, A.: Untersuchungen über thermisch stabilisierte Kabelbettungsmaterialien. Elektrizitätswirt- schaft Jg. 94 (1995), Heft 12, S. 699- 704 [2.39] Blasius, P; Craatz, P; Harjes, B.; Henschel, M.; Krieger, W.: Thermisches und mechanisches Verhalten leitergekühlter Hochleistungskabel am Bei- spiel der Versuchsanlage Berlin. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 82 (1983), Heft 3, S. 43-50. [2.40] Cousin, V; Dürschner, R.; Koch, H.: Pipeline für den Strom. Siemens EV- Report 3/95. [2.41] Blaum, H.; Kirchesch, P; Kox, A.; Osterholt, A.: Zuverlässigkeit von 400- kV-gasisolierten Leitungen, etz, Bd. 117 (1996), Heft 13-14, S. 30-34. [2.42] Bogner, G.; Neumüller, H.-W.: Hochtemperatur-Supraleiter für die Ener- gietechnik. Siemens-Zeitschrift Special – FuE, Herbst 1995, S. 32-35. [2.43] Matheus, C.: Technische und wirtschaftliche Einsatzmöglichkeiten su- praleitender Energiekabel. Dissertation, RWTH Aachen. Aachener Bei- träge zur Energieversorgung, Band 105, Klinkenberg Verlag, Aachen, 2005. [2.44] Merschel, F.: AmpaCity – Netzintegration eines supraleitenden 10-kV- Kabelsystems in der Innenstadt von Essen. Fachtagung Energie, Werk- statt Kabel. 12./13. November 2014, Dresden. EW Medien und Kongresse zu Abschnitt 3: Kabelgarnituren [3.1] Klockhaus, H.; Merschel, F.; Wanser, G.: Abschluß- und Verbindungs- technik bei Starkstromkabeln. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main, 2. Auf- lage (1995). [3.2] Holm, R.: Electric Contacts Handbook – elektrische Kontakte. Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg (1968). [3.3] Piepho, M.: Sicherheitsaspekte zur Gießharzverarbeitung in Kabelgar- nituren. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 26, S. 1760-1761. [3.4] Böhm, U.; Brackeniers, C; Cheene-Astorino, A.: Kaltschrumpfende Ka- belgarnituren für Mittelspannungskabel, etz, Bd. (1995), Heft 8, S. 18-25. 455 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 [3.5] Merks, J.: Abschluß- und Verbindungstechnik kunststoffisolierter Mittel- spannungskabel, Teil 4: Verbindungs- und Übergangsmuffen. EVU-Be- triebspraxis (1994), Heft 1-2, S. 39-42. [3.6] Merks, J.: Abschluß- und Verbindungstechnik kunststoffisolierter Mittel- spannungskabel, Teil 3: Endverschlüsse, Kabelsteckteile und Kabel- steckadapter. EVU-Betriebspraxis (1993), Heft 12, S. 357-362. [3.7] Janßen, R.: Niederspannungsnetze. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 21, S. 1283-1289. zu Abschnitt 4: Errichten der Kabelanlage [4.1] Arbeitsgemeinschaft Fernwärme e. V. (AGFW): Bau von Fernwärmenet- zen. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main, 5. Auflage (1993). Noch gültig und aktuell? ToDo Kliesch mit Gersum [4.2] Link zu Homepage des Umweltbundesamtes http://www.umweltbundesamt.de/themen/nachhaltigkeit-strategien-int- ernationales/planungsinstrumente/planungsebenen-planungsraeume- stufen-der#textpart-1 [4.3] Bundesgesetzblatt Jg. 2006 Teil I Nr. 46, S. 2334-2335. [4.4] Kleiser, K.; Bayer, H.-J.: Der grabenlose Leitungsbau. Vulkan-Verlag, Essen (1996). [4.5] Bayer, H.-J.: Grabenloser Kabelaustausch durch Überbohren. ew, Jg. 105 (2006) Heft 4 S. 44-47. [4.6] Zentralverband der Elektroindustrie (ZVEI), Fachverband Kabel (Hrsg.): Brandschutzkabel erhöhen die Sicherheit, 4. Auflage, Oktober 2016 [4.7] Niemeyer, P., Grohs, A..: Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze, Band 3, Freileitung, 2. Auflage. Hrsg.: Cichowski, R. R., VWEW-Verlag, Frankfurt am Main (2008). zu Abschnitt 5: Qualitätssicherung [5.1] Blechschmidt, H. H.; Litters, L.; Klockhaus, H.; Reus, H. D.: Schadens- entwicklung an PE-/VPE-isolierten Mittelspannungskabeln – Ergebnisse der Umfragen des VDEW-Arbeitsausschusses „Kabel“ aus den Jahren 1986 bis 1988. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 88 (1989), Heft 26, S. 1831- 1845. [5.2] Klockhaus, H.; Merschel, F.: Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mit- telspannungskabeln – Typprüfung und fertigungsbegleitende Prüfung. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 26, S. 1808-1816. [5.3] Lindemann, H.; Schreiber, K.; Blasius, P.; Weck, K.-H.: Alterung von 20- kV-VPE-Kabeln der HEAG im Netzbetrieb. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 26, S. 1831-1839. [5.4] Fischer, M.; Merschel, F; Winkler, U.; Blasius, P.; Weck, K.-H.: Alterung von 20-kV-VPE-Kabeln in den Netzen der EVS und der RWE Energie. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1765-1769. [5.5] Banowski, D.; Blechschmidt, H.; Kirchner, M.: Erfahrungen bei der Um- setzung der Langzeitprüfung an VPE-isolierten MS-Kabeln nach DIN VDE 456 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 0276-620. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 96 (1997), Heft 14, S. 726-731. [5.6] Merschel, F.: Auswahl VPE-isolierter Mittelspannungskabel auf der Grundlage der Entscheidungskriterien der Langzeitprüfungen nach DIN VDE 0276-620. Potsdamer Kabeltage Oktober 2004 – Instandhaltungs- strategie von Kabelanlagen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen. Pirelli Kabel und Systeme GmbH, Februar 2005. [5.7] Merschel, F.: Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mittelspannungska- beln nach DIN VDE 0276-620. 68. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover (2006). [5.8] Banowski, D.; Klockhaus, H.; Rittinghaus, D.: Neues VDE-Prüfverfahren für Energieverteilungskabel in der Reihe DIN VDE 0276. Elektrizitätswirt- schaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1754-1756. [5.9] Banowski, D.; Merschel, F.; Kirchner, M.; Rittinghaus, D.: Einführung des harmonisierten Verfahrens für die Langzeitprüfung an VPE-isolierten Mit- telspannungskabeln. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 99 (2000), Heft 20, S. 52- 53. [5.10] Kuhnert, E..; Wiznerowicz, F.: Eigenschaften von Energiekabeln und deren Messung. EW Medien und Kongresse, Frankfurt am Main und Ber- lin, 3. Auflage 2012. [5.11] Krefter, K.-H.: Erfahrungen mit Prüfverfahren für Kunststoffkabel in Mit- telspannungsnetzen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 21, S. 1248-1255. [5.12] VDEW, DGQ: Qualitätsmanagementsysteme im Kabel-/Leitungstiefbau. Ein Leitfaden. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main (1995). [5.13] RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.V. (Hrsg.): Kabelleitungstiefbau, Gütesicherung RAL-GZ 962. Beuth-Verlag, Berlin, Ausgabe Januar 2000. [5.14] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V.: Allge- meine Technische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommunikationslinien (ATB-BeStra). FGSV Verlag; Köln, Ausgabe November 2006. [5.15] VDE-AR-N 4220: Bauunternehmen im Leitungstiefbau – Mindestanfor- derungen [5.16] VDE-AR-N 4221: Mindestanforderungen an ausführende Unternehmen in der Kabellegung [5.17] Rittinghaus, D.: VDN-Fachkongress Netztechnik 2005 – Expertenforum 5. ew, Jg. 105 (2006), Heft 4, S. 28-29. [5.18] FNN-Hinweis „Inbetriebnahmeprüfung MS-Kabelanlagen“, Juni 2017 [5.19] Borneburg, D.; Diefenbach, I.; Merschel, F.; Kliesch, M.; Keller, M.; Rit- tinghaus, D.: Vergleich verfügbarer Messverfahren zur Überprüfung der Einschaltbereitschaft von VPE-MS-Kabeln. ew, Jg. 106 (2007), Heft 4, S. 20-26. [5.20] Bach, R.; Sulk, S.; Walter, C.: Untersuchungen zum TE-Einsatz und – Wachstum in VPE-Mittel- und Hochspannungs-Kabeln bei Beanspru- chung mit DAC- und 50-Hz-Prüfspannung; VDE Hochspannungs- technik 2016, Berlin 457 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 458 [5.21] Gockenbach, E.: Diagnoseverfahren für Energiekabel. 90. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover (2017). [5.22] Mithöfer, D.; Kaminsky, T.: CableCure-Sanierung „water-tree“-geschä- digter Mittelspannungskabel – Erfahrungsbericht Deutschland. Elektrizi- tätswirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1785-1788. [5.23] MVV kuriert die roten Kabel – Amerikanische Technik gegen Wasser- bäumchen im Kunststoff. ZfK vom 04.08. 2001, S. 15. zu Abschnitt 6: Arbeitssicherheit und Umweltschutz [6.1] Förster, K.; Michalek, R: Umweltschutz beim Kabelnetzbau. Elektrizitäts- wirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 21, S. 1256-1265. [6.2] Wannow, K.: Baumstandorte über oder in der Nähe von unterirdischen Ver- und Entsorgungsanlagen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 88 (1989), Heft 11, S. 663. [6.3] Hechenberger, V; Schnell, M.: Bergen und Recyclen von Kabelanlagen, etz, Bd. 115 (1994), Heft 10, S. 570-572. [6.4] Dekowski, F.-O.: Stand und zukünftige Aussichten beim Recycling von Kabelschrotten. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 24, S.1594- 1597. zu Abschnitt 7: Ortung von Kabeln und Fehlerstellen [7.1] Lexikon der EVU Betriebspraxis: Ortung und Auslese von Kabeln. EVU- Betriebspraxis (1993), Heft 12, S. 363-364. [7.2] Inspektions- und Ortungssysteme für Hausanschlüsse. EVU-Betrieb- spraxis 11/2001 Seite 20. [7.3] Postler, D.: Das neue Leitungs- und Fehlerortungssystem FM 9800. „Vor den Toren unserer Stadt“, seba dynatronic (1994), S. 14-15. [7.4] Kabelauslese auch in schwierigstem Umfeld. EVU-Betriebspraxis (1996), Heft 6, S. 241. [7.5] Kabelauslesesystem KSG 80 von besonderem Interesse. EVU-Betrieb- spraxis (1996), Heft 6, S. 238. [7.6] BG Feinmechanik und Elektrotechnik: Sonderprobleme bei der Anwen- dung der 5 Sicherheitsregeln. Die Brücke (1987), Heft 1, S. 11, 12, 21, 22. [7.7] Heimans, F; Heisler, H.: Phasenbestimmung an Mittelspannungskabeln nach der neuen DIN VDE 0105 Teil 100. EVU-Betriebspraxis (1998), Heft 9, S. 19-22. [7.8] Pfaff, H.; Schlufter, B.: Schnelle und sichere Phasenbestimmung bei der Montage von Mittelspannungskabeln. EVU-Betriebspraxis (1999), Heft 12, S. 22-24. [7.9] Frank Arnold/Peter Herpertz: Fehlerortung an Energiekabeln; Rolf R. Ci- chowski (Hrsg.) Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze, ew Me- dien und Kongresse [7.10] Rühl, B.: Kabelfehlerortung an Energiekabeln, EVU-Betriebspraxis (1993), Heft 10, S. 280-282. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 459 [7.11] Klimpke, K.; Güttier, H.: Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze, Band 7 Fehlerortung. Hrsg.: Cichowski, R. R., VWEW-Verlag, Frankfurt am Main (1996). [7.12] Ketterer, H.: Fünf Jahrzehnte Baur Prüf- und Meßtechnik. EVU-Betrieb- spraxis (1996), Heft 11, S. 390-394. [7.13] Gustke, U., Stein, G., Fritsche, H.-D., Herpertz, P.: Methoden der klassi- schen Hochspannungskabelfehlerortung in Verbindung mit modernen Reflexionsmessverfahren – und Softwarealgorithmen. ETG-Tagung, Kassel, 2006. [7.14] Rietz, W.: Das Lichtbogen-Stoßverfahren und seine Bedeutung für die moderne Kabelfehlerortung. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 84 (1985), Heft 26, S. 1103-1107. [7.15] Rietz, W.: Fehlerortung bei Energiekabeln mit der Lichtbogen-Stoßme- thode, etz, Bd. 103 (1982), Heft 4, S. 177-180. [7.16] Jäckle, E.: Fehlerortsbestimmung an Kabeln durch Auswertung transien- ter Vorgänge, etz, Bd. 103 (1982), Heft 4, S. 181-184. [7.17] Sutter, H.: Punktgenaue Kabelfehlerortung, etz, Bd. 106 (1985), Heft 12, S. 622-626. [7.18] Rietz, W.: Die Schall-Laufzeitmessung, eine neue Methode zur punktge- nauen Kabelfehler-Ortung. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 82 (1983), Heft 23, S. 862-865. [7.19] Sutter, H.: Prüfung von kunststoffummantelten Mittelspannungskabeln und Ortung von Mantelfehlern. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 81 (1982), Heft 1/2, S. 18-21. [7.20] Krüger, M.: Vorortung von Kabelmantelfehlern. Bulletin ASE/UCS 76 (1985), Heft 19, S. 1166-1168. [7.21] Schlapp, H., Petzold, F.: Fehlerortungssystem für Niederspannungsnetze mit dem ICEPlus-Vorortungsverfahren. Netzpraxis Jg. 42 (2003), Heft 11, Seite 28-31. [7.22] Katrein, W., Kehne, H.: Errichten und Betreiben elektrischer Prüfanlagen. EVU-Betriebspraxis 5/2001, Seite 16-24. zu Abschnitt 8: Diagnoseverfahren zur Zustandsbeurteilung von Mittelspannungskabeln [8.1] Heinhold, L.; Stubbe, R.: Kabel und Leitungen für Starkstrom. Pirelli Kabel und Systeme GmbH & Co. KG/Publicis MCD Verlag, Berlin/Erlan- gen, 5. Auflage (1999). [8.2] Bach, R.; Kalkner, W.; Oldehoff, H.: Spannungsprüfungen zur Beurteilung von Mittelspannungskabelanlagen. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 17/18, S. 1068-1074. [8.3] Hvidsten, S; Benjaminsen, H. T.: Sintef Energy Research TR A5180, Condition assessment of watertree aged XLPE cables, comparison of four commercial methods. Trondheim, Norway 2000. [8.4] Patsch, R.; Kouzmine, O.: Analyse und Auswahl von Mess- und Diagnose- parametern bei Rückkehrspannungsmessungen an Mittelspannungskabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 460 mit unterschiedlichen Isolierungen. ETG Fachtagung Köln, Germany, 2004. [8.5] Hoff, G.: Optimierung und Grenzen der technischen Diagnostik am Bei- spiel der Alterungsbestimmung polymerisolierter Mittelspannungskabel. Dissertation BUGH Wuppertal, Germany 2003. [8.6] Hoff, G.; Kranz, H. G.; Beigert, M.; Petzold, F.; Kneissl, C. H.: Zustands- orientierte Instandhaltung eines polymerisolierten 20-kV-Kabelnetzes mit der IRC-Analyse. ew, Jg. 100 (2001), Heft 22 S. 62-67. [8.7] Plath, R.; Kalkner, W.; Krage, I.; Vergleich von Diagnosesystemen zur Beurteilung des Alterungszustandes PE/VPE-isolierter Mittelspannungs- kabel. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 96 (1997), S. 1130-1140. [8.8] Wester, F. J.; Gulski, E.; Smit, J. J.; Seitz, P. N.: Experiences from on- site PD measurements using oscillating wave test system. ISH 99 Lon- don August 1999. [8.9] Petzold, F.; Beigert, M.; Bövingloh, A.: On site PD-diagnosis on power cables using oscillating voltages. Cigre Paris 2006. [8.10] Colloca, V.; Fara, A.; Nigris, M. D.; Rizzi, G.: Comparison among different diagnostic sytems for medium voltage cable lines. Paper CIRED 2001 Paris. [8.11] Gulski, E.; Smit, J. J.; Seitz P. N.: PD measurements on-site using oscil- lating wave test system. IEEE International Symposium on EI, Washing- ton DC, USA June 1998. zu Abschnitt 9: Statistische Auswertung des Störungs- und Schadensgeschehens [9.1] §§ 19 und 20 der Verordnung über die Anreizregulierung der Energie- versorgungsnetze (Anreizregulierungsverordnung – ARegV), 29.10.2007, zuletzt geändert am 14.09.2016. [9.2] Motl, G.; Traeder, G.: Die VDEW-Störungsstatistik der neunziger Jahre. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 93 (1994), Heft 6, S. 239-242. [9.3] FNN: Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik – Anleitung, 7. Ausgabe. Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), Berlin, Dezember 2016. (veröffentlicht unter https://www.vde.com/de/fnn/themen/versorgungs- qualitaet/versorgungszuverlaessigkeit/datenerfassung) [9.4] FNN-Hinweis – Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik, Berichtsjahr 2015. Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), Berlin, Juli 2016. [9.5] 6th CEER benchmarking report on the quality of electricity and gas sup- ply. Council of European Energy Regulators (CEER), Brüssel, August 2016. [9.6] Fischer, M.: VDEW-Fehlerstatistik für VPE-Mittelspannungskabel. Elek- trizitätswirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 21, S. 1310-1315. [9.7] FNN-Erfassungsschema C – Schäden. Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), Berlin, Dezember 2015. (veröffentlicht unter https://www.vde.com/de/fnn/themen/versorgungsqualitaet/versorgungs- zuverlaessigkeit/datenerfassung) www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 461 zu Abschnitt 10: Instandhaltung der Kabelanlage [10.1] Cichowski, R. R.: Zunehmende Bedeutung der Instandhaltung in der An- lagentechnik des Verteilungsnetzes Teil 1 und 2; Zeitschrift „Der Elektri- ker/Der Energieelektroniker“ H. 11/1988 und 2/1989. [10.2] Technische Richtlinie für die Instandhaltung von Betriebsmitteln und An- lagen in Elektrizitätsversorgungsnetzen vom VDN aus 11/2006. [10.3] DIN EN 603000-3-14: Zuverlässigkeitsmanagement – Anwendungsleit- faden – Instandhaltung und Instandhaltungsunterstützung aus 12/2004. [10.4] DIN V VDE V 0109-1 und DIN V VDE V 0109-2. [10.5] Balzer, G.; Tenberge, W.: Instandhaltung elektrischer Betriebsmittel der Energieversorgungsnetze. etz H. 8/2007. zu Abschnitt 11: Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen – Investitions - rechnungen [11.1] VDEW: Investitionsrechnung in der Elektrizitätsversorgung. VWEW-Ver- lag, Frankfurt am Main, 3. Auflage (1993). [11.2] Wöhe, Günter; Einführung in die Allgemeine Betriebswirtschaftslehre. 21. Auflage, Verlag Vahlen. [11.3] Oswald, Bernd R.; et al.; Vergleichende Studie zu Stromübertragungs- techniken im Höchstspannungsnetz. ForWind, Zentrum für Windenergie- forschung der Universitäten Oldenburg und Hannover, Hannover & Ol- denburg, 20. September 2005. [11.4] Paul, Hans-Ulrich; Freileitung und Kabel in der Energieversorgung. 71. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover (Februar 2008). zu Abschnitt 12: Neue Kabeltechnologien [12.1] Polster, K.: Hoch- und Höchstspannungskabel für die Großstadtversor- gung. 77. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover, 22./23. Feb- ruar 2011. [12.2] Pöhler, S.: Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) für unterirdischen Energietransport. ZVEI 2002, „Life needs Power“, Hannover, 18.04.2002. [12.3] Kindersberger, J.: Gasisolierter Rohrleiter (GIL) für Hochspannungsüber- tragungen. IEEE Joint IAS/PELS/IES and PES German Chapter Meeting Goldisthal, 14.10.2005. [12.4] Neumann, C.: Gasisolierte Leitungen (GIL) als Alternative zu Kabelan- lagen; Forum 6, Leistungsstarke Übertragungsmedien auf der Höchst- spannungsebene. 16. Fachkongress Netztechnik – Kabeltagung; Erfurt, 30. November/01. Dezember 2009. [12.5] Bach, R.; Goldacker, W.; Noe, M.; Poelchau, J.; Prusseit, W.; Willén, D.: Konzept für eine effiziente Energieversorgung von Ballungsräumen. VWEW Energieverlag, Frankfurt a. M. 2009. [12.6] Bach, R.; Goldacker, W.; Noe, M.; Poelchau, J.; Prusseit, W.; Willén, D.: Supraleitung in EVU-Netzen. EW Medien und Kongresse GmbH, Frank- furt/Main, Berlin www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 462 [12.7] Noe, M.; Merschel, F.; Hofmann, L.; Stemmle, M.; Bock, J.: Neue Mit- tel- statt konventioneller Hochspannungskabel durch Hochtemperatur- Supraleitung. Internationaler ETG-Kongress 2011, 8. – 9. November 2011, Würzburg, Fachtagung 1. [12.8] Noe, M.: Neue Konzepte für eine effiziente Energieversorgung. Fachta- gung ZIEHL II – Hochtemperatur-Supraleitung für die Energietechnik; Materialien und Anwendungen, Bonn, 16./17. März 2010 [12.9] Marzahn, E.; Noe, M.: Hochtemperatur-Supraleiter – Kabel und Strom- begrenzer. 89. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover, 21./22. Februar 2017 [12.10] https://ecoswing.eu/project] [12.11] Merschel, F.: Die Integration von AmpaCity ins Netz und erste Betriebs- erfahrungen. Fachtagung ZIEHL IV, Bonn, 11./12. März 2014 [12.12] Merschel, F.; Noe, M.; Stemmle, M.; Hobl, A.; Sauerbach, O.: AmpaCity supraleitende Kabel und Strombegrenzer für die Energieverteilung in Ballungsgebieten. ETG-Kongress 2013, Berlin, 05./06. November 2013 [12.13] Merschel, F.; Noe, M.; Stemmle, M.; Hobl, A.; Sauerbach, O.: AmpaCity – Installation und Inbetriebnahme des supraleitenden 10-kV-Systems in der Innenstadt von Essen. VDE-Kongress 2014, Frankfurt/Main, 20./21. Oktober 2014 zu Abschnitt 13: Vorschriften und Normung [13.1] Grundlagen für die Normungsarbeit der DKE (Sammlung DKE-GN) Übersicht der gültigen Dokumente (Stand: Dezember 2014) [13.2] Krefter, K.-H. (Hrsg.): Europäisches Konzept für das Prüf- und Zertifizie- rungswesen – Nachweis der Sicherheit, Normenkonformität und Ge- brauchstauglichkeit elektrotechnischer Produkte. Schneider, K.-H.: Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit durch Europäische Normen und Normenkonformität. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main (1994), S. 79-99. [13.3] Graser, C: Die Bedeutung der europäischen Normung für die deutsche Elektrizitätswirtschaft. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 90 (1991), Heft  20, S. 1083-1087. [13.4] VDEW-Arbeitsausschuß „Kabel“: Empfehlungen und Hinweise zur EG- Sektorenrichtlinie für die Beschaffung VPE-isolierter Mittelspannungs- kabel. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 91 (1992), Heft 3, S. 85-90. [13.5] Krefter, K.-H. (Hrsg.): Europäisches Konzept für das Prüf- und Zertifi- zierungswesen – Nachweis der Sicherheit, Normenkonformität und Ge- brauchstauglichkeit elektrotechnischer Produkte. Krefter, K.-H.: Prüfen und Zertifizieren als Nachweis der Sicherheit, Normenkonformität und Gebrauchstauglichkeit elektrotechnischer Produkte. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main (1994), S. 238-246. [13.6] Banowski, D.; Klockhaus, H.; Rittinghaus, D.: Neues VDE-Prüfverfahren für Energieverteilungskabel in der Reihe DIN VDE 0276. Elektrizitäts- wirtschaft, Jg. 95 (1996), Heft 26, S. 1754-1756. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 463 [13.7] Merschel, F.: Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mittelspannungska- beln nach DIN VDE 0276-620. 76. Kabelseminar der Leibniz Universität Hannover (2010). [13.8] Kuhnert, E.; Wanser, G.; Wiznerowicz, F.: Eigenschaften von Energie- kabeln und deren Messung. VWEW-Verlag, Frankfurt am Main, 2. Auf- lage (1997). [13.9] Heinhold, L; Stubbe, R.: Kabel und Leitungen für Starkstrom. Pirelli Kabel und Systeme GmbH & Co. KG/Publicis MCD Verlag, Berlin/Er- langen, 5. Auflage (1999). [13.10] Stubbe, R.: Strombelastbarkeit in Erde – ein neues Rechenprinzip in VDE 0298 Teil 21...77 1. Entwurf. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 77 (1978) Heft 8, S. 265 bis 374. [13.11] Waligora, H.-J.: Prüfbestimmungen für Starkstrom-Kabelgarnituren bis 30 kV. Elektrodienst 22 (1980) Heft 7, S. 8 bis 9. [13.12] Stöger, H; Stubbe, R.; Ulrich, M: Beanspruchungen und Verhalten von Poyethylenmänteln. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 84 (1985), Heft 20, S. 792 bis 798. [13.13] Steckel, R.-D.; Stubbe, R.: Perspektiven für eine künftige Normung von Verteilungskabeln. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 96 (1997) Heft 20, S. 1105 bis 1112. [13.14] Klockhaus, H.; Merschel, F.: Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mit- telspannungskabeln – Typprüfung und fertigungsbegleitende Prüfung. Elektrizitätswirtschaft, Jg. 94 (1995), Heft 26, S.1808-1816. zu Abschnitt 14: Anhang [14.1] Heinhold, L; Stubbe, R.: Kabel und Leitungen für Starkstrom; Teil 2 – Tabellen mit Projektierungsdaten für Kabel, Leitungen und Garnituren, Angaben zur Querschnittsbemessung. Siemens AG, Berlin – München, 4. Auflage (1989). www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 464 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 465 16 Bilder- und Tabellenverzeichnis 16.1 Bilder zu Abschnitt 1: Einleitung Bild 1.1 Kabellegung um 1930 zu Abschnitt 2: Kabel Bild 2.1 Netzstruktur und Spannungsebenen Bild 2.2 Geplante Teilverkabelungsabschnitte nach EnLAG für die Leitung Wesel-Meppen Bild 2.3 Grundsätzlicher Aufbau und Isolationsabstände von Freileitung und Kabel Bild 2.4 Ersatzschaltbild für ein Leitungselement zur Ermittlung der elektrischen Kennwerte Bild 2.5 Anhaltswerte für den Ableitwiderstandsbelag 1/G´ von Kabeln und Freileitungen Bild 2.6 Elektrisches Feld im Zylinderkondensator Bild 2.7 Ersatzschaltbild eines Kabeldielektrikums mit Zeigerdiagramm Bild 2.8 Typisches Tageslastspiel im EVU-Netz mit einem Belastungsgrad von 0,73 Bild 2.9 Bemessungs-Kurzzeit-Stromdichte nach DIN VDE 0103 (Beispiel: Kabel mit PVC-Isolierung und Cu-Leiter) Bild 2.10 Verlauf der unbeeinflussten Erdbodentemperatur in einer Tiefe von 1,1 m Bild 2.11 Aufbereitungsanlage zur Herstellung von thermisch stabilisiertem Bettungsmaterial für eine 380-kV-Kabeltrasse Bild 2.12 Einbau des thermisch stabilisierten Bettungsmaterials in die 380-kV-Kabeltrasse Bild 2.13 Aufbau der Starkstromkabel Bild 2.14 Leiterformen Bild 2.15 Fertigung Papierkabel Bild 2.16 VPE-Kabel: Prinzip der Extrusion, Vernetzung, Kühlung Bild 2.17 Einteilung der Polymerwerkstoffe und Beispiele Bild 2.18 Struktur und Eigenschaften von Polyethylen unvernetzt (PE) und vernetzt (VPE) Bild 2.19 Auswirkung der inneren Leitschicht auf den Feldlinienverlauf Bild 2.20 Vergleich der Feldverteilung bei dreiadrigen papierisolierten Mittelspannungskabeln Bild 2.21 Electrical tree Bild 2.22 Vented tree Bild 2.23 Bow-tie tree Bild 2.24 Electrical tree an einem water tree in der VPE-Isolierung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 466 Bild 2.25 Ergebnisse der fertigungsbegleitenden Langzeitprüfungen an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln nach DIN VDE 0276-620 Bild 2.26 Ersatzschaltbild für einen Hohlraum in der Isolierung Bild 2.27 Bauarten der Niederspannungskabel Bild 2.28 1-kV-Kunststoffkabel NAYY-J, vieradriges Kabel nach DIN VDE 0276-603 Bild 2.29 1-kV-Kunststoffkabel NYCWY, dreiadriges Kabel mit konzentrischem Leiter (Ceanderkabel) nach DIN VDE 0276-603 Bild 2.30 Bauarten der Mittelspannungskabel Bild 2.31 Gürtelkabel NAKBA, dreiadriges papierisoliertes Kabel für 10  kV nach DIN VDE 0276-621 Bild 2.32 Dreibleimantelkabel NAEKEBA, dreiadriges Mittelspannungskabel nach DIN VDE 0276-621 Bild 2.33 Standardkabelkonstruktion NA2XS2Y für Mittelspannung nach DIN VDE 0276-620 Bild 2.34 Bauarten der Hochspannungskabel Bild 2.35 Einadriges Niederdruck-Ölkabel NÖKUDEY für 110 kV nach DIN VDE 0276-633 Bild 2.36 Dreiadriges Gasinnendruckkabel NIVFSt2Y für 110 kV nach DIN VDE 0276-634 Bild 2.37 Dreiadriges Gasaußendruckkabel NPKDVFSt2Y für 110 kV nach DIN VDE 0276-635 Bild 2.38 Einadriges VPE-Kabel für 110 kV, N2XS(FL)2Y, 1 × 630 RM/35 nach DIN VDE 0276-632 Bild 2.39 Eingesetzte 380-kV-VPE-Kabel Bild 2.40 Einadriges VPE-Kabel für 500 kV, 2XKLDE2Y, 1 × 1600 RM/V Bild 2.41 Trassenführung einer innerstädtischen 400-kV-Verbundleitung (Berlin) Bild 2.42 Schema der direkten Mantelkühlung Bild 2.43 Schnittbild eines Muffenbauwerkes Bild 2.44 Übersichtsplan 380-kV-Diagonale durch Berlin Bild 2.45 Eingesetzte 380-kV-Muffe Bild 2.46 450-kV-Seekabel für Gleichstromübertragung Bild 2.47 HGÜ-Seekabel Bild 2.48 Möglichkeiten zur Erhöhung der Strombelastbarkeit von Kabeln Bild 2.49 Aufbereitung von Bodenaushub und Einbringen in die Trasse im Zuge der 380-kV-Zwischenverkabelung bei Raesfeld Bild 2.50 Einadriges Ölkabel für 400 kV in einem HDPE-Rohr für direkte Wasserkühlung der Kabeloberfläche Bild 2.51 Einadriges Hochleistungskabel für 110 kV mit direkter Zwangskühlung des Leiters (AÖKLDEY) Bild 2.52 SF6-isoliertes Rohrleiterdoppelsystem Bild 2.53 Entwicklung der supraleitenden Materialien www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 467 zu Abschnitt 3: Kabelgarnituren Bild 3.1 Einzelklemme Bild 3.2 Mehrfachklemme mit Frässchraube Bild 3.3 Mehrfachkabelklemmen Bild 3.4 V-Direktanschlussklemme mit flacher Anschlussfahne Bild 3.5 Aus Einzelverbindern zusammengesetzter Mehrfachverbinder Bild 3.6 Schraubverbinder mit versetzter Anordnung und in Linie angeordneter Schrauben Bild 3.7 Herstellen einer Sechskant-Pressverbindung Bild 3.8 Rollfeder über Schirm Bild 3.9 Elektrisches Feld an der Absetzstelle Bild 3.10 Montage einer Verbindungsmuffe in Kaltvergusstechnik Bild 3.11 Schematische Darstellung einer Gießharz-Hausanschlussmuffe mit Parallelabzweig Bild 3.12 Warmschrumpf-Endverschluss in Freiluftausführung für VPE-isolierte 20-kV-Kabel Bild 3.13 Kaltschrumpftechnik Bild 3.14 Aufschiebendverschluss Bild 3.15 Verbindungsmuffe mit Massereservoir in Warmschrumpftechnik für 10-kV-Gürtelkabel Bild 3.16 Aufschiebbare Verbindungsmuffe mit integrierten Feldsteuerele- menten für VPE-isolierte Mittelspannungskabel Bild 3.17 Übergangsmuffe für die Verbindung von Dreibleimantelkabel mit kunststoffisoliertem Kabel Bild 3.18 1-kV-Abzweigmuffe für PUR-Gießharz geeignetes Gehäuse an Kunststoffkabel Bild 3.19 Abzweigmuffe für kunststoffisolierte 1-kV-Kabel in Warmschrumpftechnik Bild 3.20 Druckfester Kleinendverschluss für papierisolierte Mittelspannungs- kabel Bild 3.21 Innenraum-Endverschluss mit Klarsichtisolator (Kunststoff) für papierisolierte einadrige Kabel oder Dreibleimantelkabel bis 30 kV Bild 3.22 Freiluft-Endverschluss für Gürtelkabel oder Höchstädterkabel bis 36 kV Bild 3.23 Endverschluss für kunststoffisolierte 1-kV-Kabel Bild 3.24 Aufschieb-Innenraum-Endverschluss für VPE-isolierte 20-kV-Kabel Bild 3.25 Freiluft-Schrumpfendverschluss für einadrige 20-kV-Kabel Bild 3.26 Niederspannungs-Stecksystem in einem Kabelverteilerschrank Bild 3.27 Schematische Darstellung gekapselter steckbarer Kabelanschlüsse in Außen- und Innenkonustechnik Bild 3.28 Kabelsteckteil in Außenkonustechnik, MS Bild 3.29 Kabelsteckteil in Innenkonustechnik, MS Bild 3.30 Kabelsteckteil in Innenkonustechnik, HS www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 468 zu Abschnitt 4: Errichten der Kabelanlage Bild 4.1 schematische Darstellung für Trassenbelegung im öffentlichen Verkehrsraum Bild 4.2 Anordnung von einadrigen Kabeln Bild 4.3 Beispiel für eine mögliche Trassenbelegung eines städtischen Netzbetreibers Bild 4.4 Beispiel eines Auskreuzschemas (cross bonding) Bild 4.5 Ausschnitt aus einem digitalen Projektplan Bild 4.6 Begriffsdefinitionen aus ATB-BeStra Bild 4.7 Standard-Grabenprofil 30 cm × 60 cm für die Belegung mit zwei Niederspannungskabeln NAYY-J 4x150 und einem Straßenbeleuchtungskabel NYY 5x10 Bild 4.8 Montagegrube, schematische Darstellung Bild 4.9 Grabenprofil mit Abstandsangabe für Aushubmaterial Bild 4.10 Grabenprofil mit Verbauspindeln Bild 4.11 fachgerechte Befestigung der Kabel mit Gurten Bild 4.12 Beispiel für eine innerstädtische Baustellensicherung Bild 4.13 Rohrlegung mit Abstandhalter Bild 4.14 Kabelbestand im entwickelten Wurzelbereich Bild 4.15 Lastplattendruckversuch Bild 4.16 Kabeltransportwagen Bild 4.17 Abziehen des Kabels von der aufgebockten Spule Bild 4.18 Mit Kabelrollen und Kabelschubgerät ausgebaute Strecke Bild 4.19 Mit Kabelrollen (Führungs- und Eckrolle) ausgebaute Strecke Bild 4.20 Eckrolle und Einführung in Schutzrohr mit Einführungsrolle Bild 4.21 Vertiefung im Kabelgraben und Einführungstrichter vor dem Rohr Bild 4.22 Ziehwinde Bild 4.23 Schema einer Kabellegung mit Motorrollen und Ziehwinde Bild 4.24 Kabelschubgerät Bild 4.25 Kabelziehstrumpf mit Drallfänger beim Abziehen der Kabel Bild 4.26 Eingebaute Mehrsparteneinführung für senkrechte Kellerwände Bild 4.27 Mehrsparten-Einführungsbauteil zum Einbau in Bodenplatten Bild 4.28 Abdichtung von Mittel- und Niederspannungskabeln mit Roxtec-Rahmen Bild 4.29 Mobilfräse mit Allradantrieb Bild 4.30 Selbstfahrender Vibrations-Kabelpflug Bild 4.31 Kabelpflug ohne eigenen Antrieb Bild 4.32 Saugbagger Bild 4.33 Prinzip des Spülbohrverfahrens am Beispiel einer Gewässer - unterquerung Bild 4.34 Spülbohrverfahren im Einsatz Bild 4.35 Bohrkopf und Aufweitung www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 469 Bild 4.36 Verfahrensablauf Überbohrtechnik – Schemadarstellung Bild 4.37 Starteinsatz des patentierten Überbohrkopfes Bild 4.38 Kabelführung in Rohren an Brücken Bild 4.39a Kabel vertikale Befestigung in Umspannanlage Kabelkeller Bild 4.39b Kabel im Doppelboden in Umspannanlage Bild 4.39c Kabelanschluss in einem Hausanschlusskasten für Wohngebäude Bild 4.39d Kabelanschluss in einem Kabelverteilerschrank im Ortsnetz Bild 4.40a Beschichtung der Kabelmäntel mit brandhemmenden Schutzanstrich Bild 4.40b Lichtbogenschutz zwischen Kabelpritschen Bild 4.41 Dachständer mit isolierten Freileitungen Bild 4.42 Abspannung am Tragseil mit Abspannklemme Bild 4.43 Abspannung an der Bewehrung mit Abspannspirale Bild 4.44 Isolierte Freileitung A2XS2YT für 20 kV Bild 4.45 Aufhängung der isolierten Freileitung A2XS2YT mit Ausklink- mechanismus Bild 4.46 110-kV-Sperrmuffe für einadriges Niederdruck-Ölkabel Bild 4.47 Planauszug eines großstädtischen Verteilnetzes zu Abschnitt 5: Qualitätssicherung Bild 5.1 Ergebnisse der in Steptests nach einem Jahr und nach zwei Jahren Alterung gemäß DIN VDE 0276-620 an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln gemessenen Durchschlagsfeldstärken Bild 5.2 Messplatz zur Aufbauprüfung von Kabeln in einem Prüflabor zu Abschnitt 6: Arbeitssicherheit und Umweltschutz Bild 6.1 Isoliertes Locheisen und zweipoliger Spannungsprüfer zur Prüfung auf Spannungsfreiheit bei Niederspannungskabeln Bild 6.2 Prüfung der Lichtbogen-Schutzklasse APC 1 von Schutzkleidung im standardisierten Boxverfahren Bild 6.3 Standortisolation, isolierender Schutzhandschuh und Elektriker- Gesichtsschutz für Arbeiten unter Spannung Bild 6.4 Werkzeuge für Arbeiten unter Spannung Bild 6.5 Arbeitsschutzsicherung zu Abschnitt 7: Ortung von Kabeln und Fehlerstellen Bild 7.1 Kabeltrassensuche mittels Smartphone und App Bild 7.2 Kabeltrassensuche mit der Minimum-Methode Bild 7.3 Kabeltrassensuche mit der Maximum-Methode Bild 7.4 Bestimmung der Tiefenlage eines Kabels Bild 7.5 Kabelauslese mit Tonfrequenz Bild 7.6 Wirkungsweise der Kabelauslese mit Gleichstromimpulsen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 470 Bild 7.7 Schematische Darstellung der Fehlerarten Bild 7.8 Schematische Darstellung der Impulse des Reflexionsverfahrens Bild 7.9a Schematisches Messbild eines fehlerbehafteten Kabels Bild 7.9b mit aktuellem Verfahren ermitteltes Messbild Bild 7.10 Lichtbogen-Stoßverfahren Bild 7.11 Stromimpuls-Verfahren Bild 7.12 Spannungsgekoppeltes Ausschwingverfahren Bild 7.13 Schematische Darstellung eines Messverfahrens mit automatischer Wiederzuschaltung Bild 7.14 Prinzipdarstellungen des Minimumtrübungs-Verfahrens Bild 7.15 Drallfeld-Methode Bild 7.16 Stoßspannungsverfahren Bild 7.17 Prinzipielle Darstellung der Mantelfehler-Vorortung Bild 7.18 Mantelfehler-Nachortung Bild 7.19a Kabelmesswagen, Anschlussraum Bild 7.19b Kabelmesswagen, Messgeräteraum zu Abschnitt 8: Diagnoseverfahren Bild 8.1 Ersatzschaltbild zur Charakterisierung von Isolierungen Bild 8.2 tan  in Abhängigkeit von der Temperatur Bild 8.3 tan--Verlauf in Abhängigkeit der Spannung und des Feuchtezustandes einer VPE-Isolierung Bild 8.4 Formierung, Entladung und Relaxationstrom- bzw. Wiederkehrspannungsverlauf Bild 8.5 Typische Wiederkehrspannungsverläufe für Papierisolierungen Bild 8.6 RVM Feldmessung; Kurvenparameter und Ergebnisse der Q- und p-Faktoren Bild 8.7 Haftstellen und Entladezeitkonstanten von polymerisolierten Kabeln Bild 8.8 IRC-Kurven von VPE-isolierten Kabeln mit verschiedenen Alterungszuständen Bild 8.9 Ergebnis einer IRC-Analyse an VPE-isolierten Kabeln mit Alterungsklassifizierung und Restfestigkeitsprognose Bild 8.10 TE-Kriechspuren an unsachgemäß geschälter Aderoberfläche eines VPE-Kabels Bild 8.11 Electrical tree initiiert durch water tree Bild 8.12 Prinzipschaltbild zur Erzeugung einer schwach gedämpften oszillierenden Wechselspannung (DAC) Bild 8.13 Gedämpfte oszillierende Wechselspannung DAC Bild 8.14 TE-Signale mit automatisierter Fehlstellenortung Bild 8.15 TE-Fehlstellenlokationen und TE-Pegel über der Kabellänge Bild 8.16 Einsetzspannungen (PDIV) und Fehlstellen (PD-Lokalisierungen) in Papier-Masse-Kabeln www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 471 zu Abschnitt 9: Statistische Auswertung des Störungs- und Schadens - geschehens Bild 9.1 Mittlere Nichtverfügbarkeit durch störungsbedingte Versorgungsun- terbrechungen in Europa Bild 9.2 Anzahl der Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln Bild 9.3 Anzahl der Schäden an VPE-isolierten Mittelspannungskabeln Bild 9.4 Austauschlängen von VPE-isolierten Mittelspannungskabeln Bild 9.5 Austauschlängen von VPE-isolierten Mittelspannungskabeln zu Abschnitt 10: Instandhaltung Keine Bilder zu Abschnitt 11: Wirtschaftlichkeitsbetrachungen Bild 11.1 Jahreskosten von Kabeln zu Abschnitt 12: Neue Kabeltechnologien Bild 12.1 Gasisolierter Rohrleiter für Höchstspannung Bild 12.2 Praktische Ausführung einer gasisolierten Leitung Bild 12.3 Parallele Legung von zwei GIL-Stromkreisen in einem gemeinsamen Graben (Quelle: Amprion) Bild 12.4 GIL-Strecke während der Bauphase Bild 12.5 HTS-Roebel-Kabel (vorn) mit 2.600 A Stromtragfähigkeit im Ver- gleich zu zwölf konventionellen Kabeln mit Kupferleiter mit insge- samt derselben Transportkapazität (Quelle: Forschungszentrum Karlsruhe) Bild 12.6 Innenstadtversorgung konventionell Bild 12.7 Innenstadtversorgung mit supraleitenden Mittelspannungskabeln Bild 12.8 Elektrischer Widerstand von Supraleitern und Normalleitern Bild 12.9 Supraleitender dreiphasiger Kurzschlussstrombegrenzer Bild 12.10 Vergleich der annuitätischen Kosten zwischen einem konventionel- len städtischen Verteilungsnetz (100 km2, 30 MW/km2) und demsel- ben Netz, wobei die 110-kV-Verteilungsnetzebene durch ein HTS-Mittelspannungsnetz ersetzt wurde; Varianten 1 bis 3 Bild 12.11 Trasse des 10-kV-HATS-Kabels in der Innenstadt von Essen Bild 12.12 Supraleitendes 10-kV-Kabel mit koaxialem Aufbau Bild 12.13 Endverschluss zum Abschluss des supraleitenden 10-kV-Kabels Bild 12.14 Komponenten des HTS-Systems in der Umspannanlage Herkules zu Abschnitt 13: Vorschriften und Normung Bild 13.1 Struktur der Normungsarbeit bei DKE Bild 13.2 Beispiele für die Bezeichnung von Normen Bild 13.3 Nachweis der Normenkonformität www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 472 zu Abschnitt 14: Anhang Bild 14.1 Zulässige Kurzzeitlast, günstigster Einsetzzeitpunkt (0 h) Bild 14.2 Zulässige Kurzzeitlast, ungünstigster Einsetzzeitpunkt (10 h) Bild 14.3 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv / Ir (NKBA, Einsetzzeitpunkt 0 h) Bild 14.4 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv/ Ir (NKBA, Einsetzzeitpunkt 10 h) Bild 14.5 Kurzzeitlastfaktoren Izk/ Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv/ Ir (NA2XS2Y, Einsetzzeitpunkt 0 h) Bild 14.6 Kurzzeitlastfaktoren Izk / Ir als Funktion der Beanspruchungsdauer tzk mit dem Parameter Iv/ Ir (NA2XS2Y, Einsetzzeitpunkt 10 h) 16.2 Tabellen zu Abschnitt 2: Kabel Tabelle 2.1 Stromkreislängen 2014 in Deutschland Tabelle 2.2 Typische elektrische Kennwerte von Freileitungen und Kabeln Tabelle 2.3 Zulässige Spannungen für Starkstromkabel Tabelle 2.4 Randbedingungen für Bemessungswerte der Strombelast- barkeit Tabelle 2.5 Grenztemperaturen von Energiekabeln (Zulässige Werte im Kurzschlussfall für den Isolierstoff nach DIN VDE 0276) Tabelle 2.6 Aufbauelemente der Kabel Tabelle 2.7 Eigenschaften der Leiterwerkstoffe Kupfer und Aluminium Tabelle 2.8 Permittivitätszahlen, Verlustfaktor und Verlustzahl für Isolierungen von Hoch- und Mittelspannungskabeln Tabelle 2.9 Elektrische und thermische Eigenschaften verschiedener Isolierstoffe Tabelle 2.10 Vor- und Nachteile verschiedener Isolierstoffe Tabelle 2.11 Einsatz von HTSL-Kabeln Tabelle 2.12 Die wichtigsten Kurzzeichen für Kabel zu Abschnitt 3: Kabelgarnituren keine Tabellen zu Abschnitt 4: Errichten der Kabelanlage Tabelle 4.1 Lichte Mindestbreite für Gräben ohne begehbaren Arbeitsraum nach DIN 4124 Tabelle 4.2 Platzbedarf von Kabeln und Rohren im Graben Tabelle 4.3 Mindestüberdeckungen nach ATB-BeStra Tabelle 4.4 Empfohlene Muffengrubengrößen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 473 Tabelle 4.5 Mindest-Spulenkern-Durchmesser und Kabelbiegeradien Tabelle 4.6 Anhaltswerte für Biegeradien von Hoch- und Höchstspannungs- kabeln Tabelle 4.7 Spulengröße nach KTG Tabelle 4.8 Zulässige Zugkräfte und Zugspannungen Tabelle 4.9 Maximal zulässige Höhenunterschiede für Massekabel bei senkrechter Anordnung Tabelle 4.10 Einzuhaltende Mindestabstände anderer Versorgungsleitungen zu Kabel ≥ 110 kV zu Abschnitt 5: Qualitätssicherung Tabelle 5.1 Mögliche Stufen der Inbetriebnahmeprüfung Tabelle 5.2 Spannungsprüfungen an Mittelspannungskabeln; Vorzugswerte für Prüfpegel und -zeiten zu Abschnitt 6: Arbeitssicherheit und Umweltschutz Keine Tabellen zu Abschnitt 7: Ortung von Kabeln und Fehlerstellen Tabelle 7.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit v von Impulsen bei verschiedenen Isolierstoffen Tabelle 7.2 Übersicht und Zuordnung der Ortungsverfahren zu Abschnitt 8: Diagnoseverfahren Keine Tabellen zu Abschnitt 9: Statistische Auswertung des Störungs- und Schadensgeschens Tabelle 9.1 Beitrag der einzelnen Netzebenen zur Versorgungszuverlässig- keit beim Kunden in Deutschland zu Abschnitt 10: Instandhaltung Keine Tabellen zu Abschnitt 11: Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Tabelle 11.1 Beispiel für die Wirtschaftlichkeitsberechnung Freileitung oder Kabel im 20-kV-Netz zu Abschnitt 12: Neue Technologien Keine Tabellen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 zu Abschnitt 13: Vorschriften und Normung Tabelle 13.1 Normung auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene Tabelle 13.2 IEC-Normen für Starkstromkabel Tabelle 13.3 Harmonisierungsdokumente und DIN-VDE-Bestimmungen für Niederspannungskabel und -garnituren Tabelle 13.4 Harmonisierungsdokumente und DIN-VDE-Bestimmungen für Mittelspannungskabel und -garnituren Tabelle 13.5 Harmonisierungsdokumente und DIN-VDE-Bestimmungen für Hochspannungskabel und -garnituren zu Abschnitt 14: Anhang Tabelle 14.1 NA2XS2Y 6/10 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Tabelle 14.2 NA2XS2Y 12/20 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Tabelle 14.3 NA2XS2Y 18/30 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Tabelle 14.4 N2XS2Y 12/20 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Tabelle 14.5 N2XS2Y 18/30 kV – Elektrische Kennwerte (bei Dreiecksanordnung) und Abmessungen Tabelle 14.6 Kurzzeitbelastbarkeit ausgewählter Kabeltypen abhängig von Vorlast, Beanspruchungsdauer und Einsetzzeitpunkt Tabelle 14.7 Annuitätenfaktoren Tabelle 14.8 Abzinsfaktoren Tabelle 14.9 Rentenbarwertfaktoren 474 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 475 17 Abkürzungsverzeichnis AC Wechselstrom, alternating current AfK Arbeitsgemeinschaft für Korrosionsfragen Al Aluminium ALK Automatisierte Liegenschaftskarte BauVPO Bauproduktenverordnung BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. BG Berufsgenossenschaft BGV Berufsgenossenschaftliche Vorschrift für Sicherheit und Gesund- heit bei der Arbeit (Unfallverhütungsvorschrift) BImSchV Bundesimmissionsschutzverordnung BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BNetzA Bundesnetzagentur CD Cold Dielectric CEN Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung CENELEC Comité Européen de Normalisation Electrotechnique Europäisches Komitee für Normung der Elektrotechnik CESI Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano CIGRÉ Conseil International des Grands Réseaux Électriques Cu Kupfer DAC Gedämpfte Wechselspannung (Damped AC) DAkkS Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH DB Deutsche Bahn AG DC Gleichstrom, direct current Dena Deutsche Energieagentur DGUV Deutsche gesetzliche Unfallversicherung DIN Deutsches Institut für Normung e.V. DIS Draft International Standard DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informations- technik im DIN und VDE DNA Deutscher Normenausschuss e.V. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 476 DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. EG Europäische Gemeinschaft EltBauVO Verordnung über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen ELV Kleinspannung, Extra Low Voltage EMV Elektromagnetische Verträglichkeit EN Europäische Norm(en) EnWG Energiewirtschaftsgesetz EPDM Ethylen-Propylen-Dien-modifiziert EPR Ethylene Propylene Rubber Ethylen-Propylen-Gummi EVU Elektrizitätsversorgungsunternehmen, Energieversorgungsunternehmen EWG Europäische Wirtschaftsgemeinschaft EWR Europäischer Wirtschaftsraum FGH Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.V. FNN Forum Netze Netztechnik FU Fehlerspannung GSG Gerätesicherheitsgesetz GIL Gasisolierte Leitung GIS Gasisolierte Schaltanlage HD Harmonisierungsdokument HDPE High Density Polyethylene Hochverdichtetes Polyethylen HGÜ Hochspannunsgleichstromübertragung HTS Hochtemperatur-Supraleitung HTSL Hochtemperatur-Supraleiter IEC International Electrotechnical Commission Internationale Elektrotechnische Kommission IRC Isothermal Relaxation Current www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 477 ISO International Organization for Standardization Internationale Normungsorganisation K Komitee KTG Kabeltrommelgesellschaft L Außenleiter LEP Landesentwicklungsprogramm LWL Lichtwellenleiter M Mittelleiter N Neutralleiter NLaG Energieleitungsausbaugesetz Pb Blei PC Personal Computer PCB Polychloriertes Biphenyl PDIV TE-Einsetzspannung (Partial Discarge Inception Voltage) PE Polyethylen PP Polypropylen PU Polyurethan PVC Polyvinylchlorid ROV Raumordnungsverfahren RTD Room Temperature Dielectric RVM Recovery Voltage Measurement QM Qualitätsmanagement SFH Studiengesellschaft für Höchstspannungsanlagen SF6 Schwefelhexafluorid SfB Schiedsstelle für Beeinflussungsfragen StVO Straßenverkehrsordnung TAB Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz TBINK Technischer Beirat Internationale und Nationale Koordinierung TE Teilentladung TGL Technische Güte- und Lieferbedingungen (der ehemaligen DDR) UK Unterkomitee www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 UVV Unfallverhütungsvorschrift V Vornorm VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. VDEW Verband der Elektrizitätswirtschaft – VDEW – e.V. (ehem., jetzt BDEW) VDI Verein Deutscher Ingenieure VDN Verband der Netzbetreiber – VDN – e.V. beim VDEW (ehem., jetzt FNN) VLF Very Low FrequencySehr niedrige Frequenz VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen VPE Vernetztes Polyethylen WHG Wasserhaushaltsgesetz ZTVA Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen Aufgrabungen ZTVE Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen Erdarbeiten ZVEH Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informations- technischen Handwerke ZVEI Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. 478 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 479 A Abdichtung gegen Gase 198 Abfälle 162, 165, 273 f, 448 Abnahmeprotokoll 340 Abriebfestigkeit 67 Absetzstelle 126 f Abspanngarnitur 222 Abspannklemme 223 Abspannspirale 223 Absperrung 168, 264, 269 Abstand zu anderen Wärmequellen 42 Abzinsfaktor 349, 423, 425 Abzinsung 349 Abzweigklemmen 121, 137 Aderisolierung 19, 47, 228 Adhäsionsvermögen 125, 127 Allgemeine technische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommu- nikationslinien siehe ATB-BeStra Alterungsbeständigkeit 55, 61, 63, 70 Alterungsklasse 323 Alterungsschutzmittel 56 Aluminiumfolie 93, 95 Aluminiumleiter 50 ff Aluminiummantel 68, 90, 95 Aluminiumschichtenmantel 86 Anlagenprüfung 405 Annuitätenfaktor 348, 351, 358, 423 f Anpressdruck 125 Anreizregulierung 160, 333 Arbeiten unter Spannung 250, 267 ff – Arbeitsanweisungen 264, 267 – Betriebsanweisungen 267, 276, 311 Arbeitssicherheit 261 ff ATB-BeStra (Allgemeine technische Bestimmungen für die Benutzung von Straßen durch Leitungen und Telekommunikationslinien) 152, 170, 172, 251 Aufheizkurven 413 Aufschiebtechnik siehe Endver- schluss, Garnituren, Muffe Auftragsvergabe 244 ff Aufweitkopf 211 Ausbreitungsgeschwindigkeit 288 f, 291 Ausgleichsgefäß 89, 99, 227 Aushub 108, 162 ff Ausklinkmechanismus 223 f Auskreuzung 156 Auskunftspflicht 230 Ausschreibung 161, 165, 167, 236, 243 f Außenkonus 144 f Außenleiterauslese 284 Außenlufttemperatur 43 Aussetzspannung siehe TE-Diag- nose, TE-Messung Austrocknung siehe Bodenaustrock- nung Auswahlprüfung 240 B Barwertmethode 347 f Bauartkurzzeichen 113, 389 Bäumchen siehe Wasserbäumchen Baumstandorte 181 Baustelleneinrichtung 165, 167, 169 Baustellenprotokoll 188 Baustellensicherung 150, 177 Bautagebuch 168 f, 196 Bauzeitenplan 164 Beanspruchungsdauer 417 ff Beeinflussung 157 f, 281, 308 Belastbarkeit siehe Strombelast- barkeit Belastungsgrad 37 ff, 44, 353, 402, 414, 416 Bemessungsspannung 31 Bemessungsstrom 36, 45, 416 ff Bentonit 209, 214 f 18 Stichwortverzeichnis www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 480 Berührungsschutz 47 f, 66, 119, 127, 311, 399 Beschaffung, Beschaffungsrichtlinie 21, 202, 243 ff, 339, 388, 404 Besorgnisgrundsatz 271 Bestandsplan 150, 230, 232 ff Betriebskapazität 31, 35, 111, 362, 408 ff Betriebsmittelstatistik 340 Betriebstemperatur 42, 57 ff, 92, 375, 398, 402 Bewehrung 33, 48, 66, 68 ff, 114, 195, 222, 399 Biegeradius 184 BImSchV 275 Bitumen 69, 134 Blattschnittbegrenzung 233 Bleikappe 184 Bleilegierungen 47 Bleimantel siehe Dreibleimantelkabel und Gürtelkabel Blitzeinschlagsgefahr 182 Bodenaustausch 162 Bodenaustrocknung 182, 402, 414, 422 Bodenbeschaffenheit 163, 249 Boden-Durchschlag-Rakete 208 Bodenfeuchte 42 Bodenschutz 162 f, 271 Bodenuntersuchung 162, 178 Bodenverdrängungshammer 208 Bohrkopf 209, 211 ff, 278, 280 bow-tie tree 74, 76 Brandfall 61, 104, 220, 273, 390 ff Brandfortleitung 104 brandhemmend 61, 220 Brandschutz 104, 198, 220 f, 395 Brenngerät 291, 310 Brennen hochohmiger Fehler 305 Bundes-Immissionsgesetz siehe BlmSchV Bundesnetzagentur, BNetzA 333 f C Cadweld-Schweißen 121 Ceanderkabel 84, 197 CE-Kennzeichen 394 f CEN (Comité Européen de Normalisa- tion) 384 CENELEC (Comité Européen de Nor- malisation Electrotechnique) 77, 379 ff Chlorwasserstoff 61, 273 Comité Européen de Normalisation siehe CEN Comité Européen de Normalisation Electrotechnique siehe CENELEC Contaminants 73 Copolymer 317 cross bonding 99, 156 D DAC (gedämpfte Wechselspannung) 328 Datenübertragung mit LWL 103 Degradationsprozess 324 Depolarisation 269 Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE siehe DKE Deutscher Normenausschuss e.V. siehe DNA Deutsches Institut für Normung siehe DIN Diagnoseverfahren 22 ,256, 317 ff Dichte 50, 60 Dichtungskappe 481 Dielektrikum 33 Dielektrizitätszahl 56, 71, 362 Dienstbarkeit 152, 161 Diffusionssperre 48, 68, 70, 405 Diffusionsvorgänge 398 DIN (Deutsches Institut für Normung) 380 DIN-Normen siehe Normen und Nor- mung Dioxin 273 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 481 Direktanschlussklemme 123 DKE (Deutsche Kommission Elek- trotechnik Elektronik Information- stechnik im DIN und VDE) 380 DNA (Deutscher Normenausschuss e.V.) 379 Dokumentation Doppelerdschluss 48, 285, 401 Doppelkammer-Mischbeutel 129 Draft International Standard (DIS) 388 Drallfänger 195 Drallfeld-Methode 300 Dreibleimantelkabel 82, 86, 135, 138, 196, 225, 401 Dreiecksanordnung siehe Kabel - anordnung Dreifachspritzkopf 58 Druckschutzbandage 48, 90, 92, 103, 114 Durchschlagfestigkeit 62, 238 Durchzüge 179 ff Duroplaste 60 E Eckrolle 189 f EG-Sektorenrichtlinie 243 Einebenenanordnung siehe Kabel - anordnung Einführungsrolle 190 f Einführungstrichter 191 Eingangskontrolle 246 Eingangsprüfung 246 Einlaufschnecke 248 Einmessung 230 ff, 277 f Einpflügen siehe Pflügen Einsanden 197 Einsetzspannung siehe TE-Diagnose, TE-Messung Einsetzzeitpunkt siehe TE-Diagnose, TE-Messung Einspruchsverfahren 380 Einspülverfahren siehe Gewässerkreuzung Einzelklemme 121 Einzelverbinder 123 Elastomere 60 electrical tree 72 ff electrochemical tree 72, 76 Elektrofachkraft 264, 269 elektrotechnisch unterwiesene Person (EuP) 264 Endkappe 118, 184, 249 Endverschluss 118, 131, 135, 137 ff Energiebilanz 273 f Energiekabel 23, 29 EN (europäische Norm) siehe Nor- men und Normung EN-Normen siehe Normen und Nor- mung Entladungskanal 34, 72 f Entladestrom 323 Entsorgung 163 f, 178 ff Erdbodentemperatur 37, 43 Erdbodenwärmewiderstand 37, 43, 402 Erdbohrgerät 181 Erder 53, 133 Erdfühligkeit 399 Erdkurzschluss 285 Erdschluss 31, 47, 54, 251, 285, 298, 306, 327, 401 Erdschlusswischer 331 Erdung 156, 261, 284, 311, 399, 414 Erdverdrängungshammer 208 Erkundigungspflicht 168 Erschütterungsunempfindlichkeit 67 Errichten der Kabelanlage 151 ff Ethylen-Propylen-Dien-modifiziert (EPDM) 54, 132, 141, 143 Ethylen-Propylen-Gummi (EPR) 54 Ethylen-Propylen-Kautschuk 54 EVU-Last 37 ff, 414 ff europäischer Wirtschaftsraum (EWR) 387 Extrusion 58 ff www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 482 F Farbpigment 61 Fehlerart 285 ff Fehlerortung 277 ff Fehlerstrom 50, 66, 157 Fehlerwandlungsgerät 291 Feldsteuerelement 125 ff Feldsteuerung 52, 65, 119, 126 ff, 314, 331 fertigungsbegleitende Prüfungen 237, 241, 339, 393, 405 Fertigungsqualität 240 Feuchtigkeitsgehalt 56, 229, 398 Feuchtigkeitsschutz 19, 47, 128 f, 407 Fingerprintprüfung 238, 396, 405 Flammwidrigkeit 67 Flanschinnenseite 248 Flüssigboden 108, 178 ff Formierung 317 Fräsen 202 f Frässchraube 121 Freileitung 26 ff, 80, 118, 251, 267, 335, 354 ff, 390 Freileitung, isoliert 221 ff Freischalten Kabel 260 f Frostschutzschicht 170 Füllmasse 133, 137 Füllstoffe 61 ff, 104 Fußarmatur 139 G Ganzkabelalterung 398 Garnituren 20, 32, 70, 81, 100, 117ff, 235 ff, 281, 314, 323 ff, 359, 380 ff, 403 ff, 417 Gasaußendruckkabel 82, 91 ff, 114, 185, 227 f, 392 Gasinnendruckkabel 82, 90 f, 118, 392 Gasisolierte Leitung (GIL) 361 Genehmigungsverfahren 150 ff Geräteanschlussteil Gewährleistung 166, 173 Gewässerkreuzung 215 f Gewässerschutz 271 Gewitterüberspannung 251 Gießform 127 ff Gießharzkörper 129, 146 Gießharztechnik 128 ff Gleichspannungsprüfung 254, 405 Gleichzeitigkeit 42 Gleitmittel 61, 194 Graben 100, 152 ff, 169 ff graphische Datenverarbeitung 150, 162 Grenzfläche 19, 47, 73, 321, 328 ff Grenzschicht 55, 64, 73, 75, 125, 131 Größtlast 37 f Grundkarte, digital 150, 162, 232 ff Gürtelisolierung 47, 85 Gürtelkabel 31, 82, 85, 133, 138 f, 185, 225 Guttapercha 19 f H Haftmassekabel 57, 224 Haftung 166 halogenfrei 104, 385 Hanf 19 Harmonisierungsdokument (HD) 384 ff Härter 129 Harz 129 Hausanschluss 152, 164, 199, 208, 305, 367 HDPE (High-Density Polyethylene) 25, 110 HDPE-Rohr 99, 109 Heißvergusstechnik 128, 136 Helium 112 Herstellererklärung 394 HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragung) 23, 27, 94, 102, 104 f, 344 High-Density Polyethylene siehe HDPE Hochdruck-Ölkabel 83, 94 hochohmiger Fehler siehe Fehlerart www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 483 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra- gung siehe HGÜ Hochspannungskabel 33, 43, 54, 64, 67, 72, 81 ff, 88 ff, 147, 156, 201, 225 ff, 245, 255, 333, 371, 374, 389, 391, 393 Höchstädter-Folie siehe Höch- städterkabel Höchstädterkabel 82, 114, 138 ff, 225 Höchstlast 37, 45, 352 Höchstspannungskabel 20, 27, 33, 58, 83, 94 ff, 108, 184 f, 201, 225, 255, 354, 362 Höchstspannungskabelanlage 96, 100, 225 Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) 113, 364 f, 367 ff Höhenprofil 161 Höhenunterschied 57, 63, 89, 224 f Hohlleiter 52, 89 f, 110 Hohlräume 19, 55 ff, 71 ff, 92, 125, 177, 258, 324, 398 Homopolymer 315 Horizontal-Pressanlage 209 Horizontal-Pressbohrgerät 209 Horizontalramme 208 HTS (Hochtemperatur-Supraleiter) 113, 364 f, 367 ff I Imprägniermittel 56 ff Impuls-Echo-Verfahren 287 Information Dritter 163 Innenkonus 118, 144 ff Innenmuffe 133 f Innenraumklima 137 intermittierender Fehler siehe Fehler- art International Electrotechnical Com- mission (IEC) 379 ff International Organization for Stan- dardization (ISO) 384 lonisationsknick 397 Ionisationsverluste 81 IRC-Analyse siehe Relaxation- sstrommessung Isolationserhalt im Brandfall 104, 385 Isolationsfehler 256 Isolationsmessgerät 307 Isolatorschirm 141 f Isolieröl 90 f, 110, 229, 325 Isolierschlauch 141 Isolierstoff 29, 39 f, 47, 55 ff, 254, 288 f, 291, 320 Isolierwanddicke 62, 93, 115, 389, 400 f Isothermal Relaxation Current (IRC) siehe Relaxationsstrommessung J Jahreskosten 347 ff Jute 19, 48, 69 K Kabelaufbau 69, 121, 125, 184, 237, 275, 382, 384, 400 Kabelanordnung 55, 153 Kabelanschluss (steckbar) siehe Stecktechnik Kabelauslese 261, 277 ff Kabelauslesegerät 261 Kabelbauart 84 ff Kabelbettungsmaterial 43 Kabelblei 67 Kabeldaten 115, 188, 366, 407 ff Kabeldiagnosegerät 310 Kabelende 132, 141, 184, 188, 196, 229, 240, 248, 283 ff Kabelfehler siehe Fehlerart Kabelformsteine 178 f Kabelgarnituren siehe Garnituren Kabelgraben 166 ff, 249, 251, 259 Kabelhäufung 41, 104, 108, 281 Kabelimprägniermasse 134 Kabelkanal 100, 170, 217 Kabelklemme 121 ff Kabellegung 20 ff, 42, 117 f, 150 f, 165 ff, 179 ff, 285, 355 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 484 Kabelleitungstiefbau 150, 166 f, 251, 259 Kabelmantel siehe Mantel Kabelmantel-Messgerät siehe Man- telmessgerät Kabelmerkstein 232 Kabelmesswagen 269, 278, 306 ff, 375 Kabelortung 277, 305 Kabelpflug siehe Pflügen Kabelplan 261 Kabelpritsche 218, 220, 250 Kabelquerschnitt 273, 355 Kabelring 187 Kabelrolle 189, 192 ff Kabelschießgerät 262 Kabelschnellverleger 218 Kabelschnittstelle 183 Kabelschubgerät 189, 192, 194 Kabelschuh 123, 125, 196 Kabelschutzrohr 178, 181 Kabelspule siehe Spule Kabelsteckadapter siehe Stecktech- nik Kabelstecker siehe Stecktechnik Kabelsteckteil siehe Stecktechnik Kabelsuchgerät 261 Kabeltemperatur 184, 413 ff Kabeltränkmasse 57, 272 Kabeltransport 166, 187 f Kabeltransportwagen siehe Kabel- transport Kabeltrasse 27, 31, 44, 89, 151, 153, 167, 178, 197, 221, 232, 249, 251, 270, 277 ff, 354, 373 Kabeltrassensuche 277, 278 ff Kabeltrommelgesellschaft siehe KTG Kabelwanne 217 Kabelzug siehe Kabellegung Kalibriergerät 191 Kaltfließen 120 Kaltschrumpftechnik 131 ff, 339 Kaltvergusstechnik 128 Kaolin 61 Karbonisierung 325 Kartengrundlage 232 Katasterdaten 232 Kennzeichnung der Baustelle siehe Baustellensicherung Kernbohrung 198 Kerndurchmesser siehe Spule Kettenlinie 59 Klarsichtisolator 138 Klemmring 121, 136 f Kohlenwasserstoff 61 Komitee siehe DKE Kompendien siehe Normen und Nor- mung Kompensationsspulen 31, 352 Konformitätserklärung 393 Kontaktdruck 120 f Kontaktzähne 121 Konzentrischer Leiter siehe Leiter Konzessionsvertrag 151, 160, 217 Kopfarmatur 139 Körperdurchströmung 264 f Körperschutzmittel 264 Korrosion 315, 399 f Kreide 48, 61, 69 Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) 163, 273 Kreuzungen siehe Näherungen und Kreuzungen Kriechstrom 314 Kriechweg 142 KTG (Kabeltrommelgesellschaft) 186 f Kühlrohr 109 f Kunststoffbänder 69, 127 Kunststoffgehäuse 127 Kunststoffisolierung 55, 58 ff, 71 ff Kunststoffrohr 179 f, 217, 228, 355 Kupferleiter 80, 98, 103, 120 f, 197, 364 , 404 Kupferschirm siehe auch Schirm 70, 372, 414 Kurzschluss 34 ff, 60, 64, 89, 251, 267 f, 285 f, 306, 367 Kurzschlusstemperatur 41, 120, 385 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 485 Kurzzeichen 82, 113 ff, 248, 389 Kurzzeitbelastung 45 Kurzzeitlastfaktor 416 ff L Ladeleistung 92 Ladestrom 30 f, 111, 362, 408 ff Lagerung 77, 174, 186, 235, 248 f, 285, 398 längswasserdicht 48, 86, 93, 114 Langzeitprüfung 21, 77 ff, 94, 100, 234, 237 ff, 339, 393, 404 Langzeitverhalten 241, 245, 399 Lastgang 42 Lastschalteigenschaften 143 Lebensdauer 21, 36, 41 ff, 54 ff, 77, 80, 117, 236 ff, 273, 313, 343, 347 ff, 380 ff, 393, 398 ff Legebedingungen 37 Legetiefe 37, 170 f, 197, 212, 228, 230, 276 f, 300 Legeverfahren 150, 189, 203, 249 Leiter 50 ff Leitertemperatur 37, 41, 56, 60, 63 Leiterunterbrechung 288, 302 Leiterverbindung 119 ff, 137, 144 f, 324 Leiterwiderstand 358, 363, 400 Leitschicht 19, 47, 55, 58 f, 64 ff, 72 ff, 118, 127, 134 ff, 317, 321, 324, 336, 340, 401, 404 Leitungsbau siehe Kabellegung Leitungszone 170, 178 Lichtbogenschutz 198, 220 f Lichtbogen-Stoßverfahren 291 f, 306 Lichtwellenleiter (LWL) 103 Liegenschaftskarte 232 Löschkammer 143 Luftkabel 221 M Mantel 66 ff Mantelfehler 252, 302 ff Mantelfehlerortung 302, 306 Mantelmessgerät 302 Mantelprüfung 250 ff Mantelrohr 361 Massekabel 54 ff, 89, 102, 138, 177, 224, 228 f, 272, 302, 310, 314, 391, 397, 405 Massereservoir 133 f Massestand 140 Mehrfachklemme 121 f, 137 Mehrfachverbinder 123 Mehrmantelkabel 69, 114 Mehrspartentechnik 153 Membran 82, 91 f Messung Wiederkehrspannung siehe RVM Metallgehäuse 127, 133 Mikrobenfestigkeit 67 Millikenleiter siehe Leiter Mindestabstand 158, 198, 225 f Mindestüberdeckung 170 ff, 208 f, 225 Minimumtrübungs-Verfahren 299 Molch 279 f Monitoring 44 f, 103 Montagefehler 252, 285 Montagegrube 117, 173, 177 Motorrolle siehe Kabelrolle Muffe siehe Garnituren Muffenbauwerk 225 ff Muffengehäuse 133 Muffengrube 173, 207, 229 Multifläche 152 N Nachortung siehe Ortung Nachtränkung 134 Näherungen und Kreuzungen 157 Naturschutzgesetz 160 NAV (Niederspannungsan- schlussverordnung) 152, 160 Netzdokumentation 232 ff Netzinformationssystem 232 f Netzschutz 45, 255, 261, 263 Neutralleiter 47 f, 52 f, 66, 133 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 486 nichtstationäre Prüfanlage 269, 311 Nichtverfügbarkeit 333 ff Niederdruck-Ölkabel 48, 82, 89, 92 ff, 100, 227 f, 272, 392 Niederspannungsanschlussverord- nung siehe NAV Niederspannungsrichtlinie 394 f Normen und Normung 379 ff – Dresden Agreement 388 – Vilamoura-Verfahren 388 Normenkonformität 392 ff Normkabel 114 O Oberbau 165, 170, 174, 179, 203, 208 Öl siehe Isolieröl Öldruckkabel 102 Ölspeiseabschnitt 89 Ortung siehe Fehlerortung Oxydschicht 120 Ozon 117 P Papierisolierung 19, 55 ff, 71, 82 ff, 201, 227 ff,272, 314 ff Passlängen 225 PE-Mantel 67 ff, 84, 91 ff, 184, 227, 249, 253, 403 Permittivitätszahl 35, 54 ff, Personensicherheit 222 persönliche Schutzausrüstung (PSA) 265, 307 Pflügen 153, 203 ff, 403 Phasenbestimmung 284 Phenole 56 Planausgabe 234 Planum 170, 172, 188 Planunterlagen 277 f, 287, 340 Polarisationsprozess 318 Polyethylen (PE) 47 f, 55, 59 ff, 72, 110, 401 Polymerisate 60 Polymerwerkstoffe 59 Polyolefine 404 Polyurethan siehe PU Polyvinylchlorid siehe PVC Präqualifikation (PQ) 93, 150, 167, 243 f, 383 Pressgerät 181 Presshülse 124 Presssitz 132 Pressverbinder 124 Probelieferung 244 Produktzertifikat 393 ff Projektplan 161 ff Proximityeffekt 107 Prüfanforderungen 21, 93, 120, 125, 133, 137, 242, 389 ff, 404 Prüfbestimmungen 119, 167, 238 ff Prüfdokument 393 Prüflabor 120, 238, 247, 393 Prüfnormen siehe Normen und Nor- mung Prüfpegel 254 ff Prüf- und Zertifizierungsinstitut 241, 392 f, 428 Prüfzeit 253 f PU (Polyurethan) 129 PVC (Polyvinylchlorid) 19, 25, 40 f, 47 f, 54 f, 60 ff, 83 ff, 115, , 184, 236, 253 f, 273, 291, 398 ff PVC-Mantel 67, 184, 253, 403 Q Qualitätsanforderung 229, 242 ff, 387 Qualitätskontrolle 21, 246 f Qualitätsmanagement (QM) 243 ff Qualitätsprüfung 246 f, 405 Qualitätssicherung 21, 100, 163, 235 ff Qualitätsstandard 21, 245 Querleitwendel 66, 84, 88 ff Querverbund 153 querwasserdicht 68, 70, 86, 93, 95, 102, 114 R Radialfeldkabel 398 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 487 Rahmenvertrag siehe Genehmi- gungsverfahren RAL-Gütezeichen 167, 251 Raten 21, 146, 348 f Rauchentwicklung 104 Rauchgas 104, 273 Raumordnungsverfahren siehe Genehmigungsverfahren Recycling 203, 273 f Reduktionsfaktor 41 ff Reflektogramm 329 Reflexionsverfahren 287 ff, 305 Reiblötung 121 Relaxationsstrommessung 256, 320 ff Rentenbarwertfaktor 350 f, 423 f Resonanzprüfanlage 255, 327 Restfestigkeit 77, 79, 238, 322 f Restlebensdauer 332 Richtlinien für die Sicherung von Ar- beitsstellen an Straßen siehe RSA RI-LEI-BRÜ (Richtlinien für das Ver- legen und Anbringen von Leitun- gen an Brücken) 216 Rissbildung 67 Rohrbürste 191 Rohre 41 f, 59, 91 ff, 109, 141, 152, 162, 166, 171 f, 178 ff, 198 ff, 228, 249 f, 271, 279, 301, 355 ff, 362, 371 ff Rohrlegung 171, 180, 359 Rohrleiter 361 Rollfeder 125 Rollrichtung 187, 248 Römische Verträge 387 RSA (Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen) Rückkehrspannung 269 Rückstreumessgerät 103 Rußpapier 86, 90 ff, 103, 110 RVM (Messung Wiederkehrspannung) 318 ff S Saugbagger 182, 207 Schadensgeschehen 333 ff Schelle 218 Schichtenmantel 48, 68 ff, 93 ff, 114 Schirm 48, 66, 70, 82 ff, 113 ff, 125, 133, 156, 241, 275, 283, 299 ff, 311, 372, 399, 401, 408 ff Schirmdrähte 70, 123, 125 Schirmverbindung 125 Schlämmkreide 69 Schraubkabelschuh 123 ff, 196 Schraubverbinder 123 ff Schrittspannung 302 ff Schrittspannungsverfahren siehe Schrittspannung Schrumpfkappe 184 Schrumpfschlauch 134, 200, 395 Schrumpftechnik 117, 131 ff, 339 Schutz vor Körperdurchströmung 265 Schutzanstrich 220 Schutzart 143 Schutzgleitbogen 191 Schutzhülle 33, 48, 68 ff, 82 ff, 113 ff, 119, 12 ff, 198, 399, 402 Schutzleiter 47 f, 53, 66, 114, 400 Schutzmaßnahmen 53, 157, 166, 259, 263, 271 Schutzrohr siehe Kabelschutzrohr Schutzvorrichtungen 264 f Schweißen 59, 120, 127 Schwellenwert 167, 243 Seekabel 54, 68 f, 102 ff, 159, 196, 215, 383, 406 Sektorenrichtlinie siehe EG-Sektoren- richtlinie Selbstheileffekt 58, 63 Sicherheitsanforderungen 104, 394 Sicherheitsregeln 136, 260, 285 sicherheitstechnische Festlegungen 380 Sicherheitsvorschriften 229 Sichern gegen Wiedereinschalten 261 Sicherungsaufsteckgriff 143 Signaleinkopplung 157 Silikonkautschuk 132, 141 ff www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 488 Skineffekt 107 Spannungsanhebung 157, 285 Spannungsfestigkeit 19, 54, 71, 258 Spannungsfreiheit 201, 260 ff spannungsgekoppeltes Aus - schwingverfahren 292, 295, 306 Spannungsprüfer 261 ff Spannungsprüfung 253 ff, 327, 375, 405 Sperrmuffe 89, 99, 224 ff, 271 Spratzprobe 229 Sprungtemperatur 111 f, 367 Spülbohrverfahren siehe steuerbares Horizontal-Spülbohrverfahren Spule 58 f, 69, 88, 185 ff, 205, 226, 246 ff, 310, 394 – Außendurchmesser – Gesamtbreite – Kern – Kerndurchmesser – Spulenbremse – Spulengröße – Spulenschild, -etikett – Ziehrichtung Spüllanze 209 Stabilisator 61 ff. 400. 404 Stahldrahtbewehrung siehe Beweh - rung Stahlrohr 82 f, 90 ff, 110, 115, 179, 185,198, 201, 208 f, 217, 228 Stahlseil 222 Standardquerschnitt 356 Standardkonstruktion 86 Startgrube 209, 211, 214 statische Aufladung 184, 249 Statistik, Störungs- und Schadens- geschehen 22, 233, 238, 252, 333 ff Stecktechnik 117 ff, 142 ff – gerade – T-Stecker – Winkelstecker Steckverbindung 121, 125 Steilstrecke 225 Steptest 237, 241, 323 Steuerader 53 steuerbares Horizontal-Spülbohrver- fahren 209 Stichprobenprüfung 247 Stickstoff 82, 91, 112, 227, 361, 374 f Störstelle 72 ff Störungsgeschehen 333 ff Störungsursache 252, 333 Stoßspannungsverfahren 301 ff Strombelastbarkeit 36 ff, 84, 106 ff, 315, 382, 402 Stromimpuls-Verfahren 292 ff, 306 Stückprüfung 77, 240, 401 Stützrohr 131 f, 141 Stützsteg 121 Stützwendel 132, 141 Suchschlitz 201 Suchspule 280 Supraleitung 23, 111 T Tageshöchstlast 414 ff Tageslastspiel 37 f, 44, 414 f tan  siehe Diagnoseverfahren Technische Güte- und Lieferbedingun- gen (TGL) siehe Normen und Normung technische Spezifikation 245 ,387 Teilentladung (TE) 19, 36, 47, 55, 64, 72, 77, 79 ff, 125, 141 ,254 ff, 314 ff, 323 ff, 375, 385, 397, 401 - TE-Diagnose - TE-Messung Tellur 48 Temperaturüberwachung siehe Moni- toring thermische Stabilität 400 Thermoelaste 60 Thermoplaste 60 Tiefenlage siehe Kabellegung und Ortung Tonfrequenzgenerator 282, 299 f, 310 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 489 Tonfrequenzverfahren 298, 301 Topfzeit 129 Tragorgan 222 Tragseil 223 Transport siehe Kabeltransport Trasse siehe Kabeltrasse Trassenwarnband 178, 197 f, 204 Trassierung 215, 249, 270 treeing 73, 255, 321, 324, 403 f Trommel siehe Spule Typprüfung siehe auch Prüfung U Überbeanspruchung (thermisch, mechanisch) 229, 285 Überbohrkopf 214 Überbohrverfahren 214 f Überdeckung 170 ff, 208 f, 225, 230, 399 Übergangsmuffe 118, 132 ff ,173, 403 Überlast 39 ff, 104, 147, 251, 313, 347, 413 ff Überlastbarkeit siehe Überlast Überlastbetrieb siehe Überlast Überlastfaktoren siehe Überlast Überlastung siehe Überlast Überlastungsdauer siehe Überlast Übersichtsplan 100, 230, 233 f Überspannung 29, 54 ,71 Überspannungsableiter 147, 251, 285, 313 Übertragungseigenschaft 156 Übertragungsfähigkeit siehe Strombelastbarkeit Umgebungsbedingungen 36 ff, 249 Umgebungstemperatur 37 ff, 218 Umrechnungsfaktoren siehe Strombelastbarkeit Umwelteinfluss 117, 137, 285 Umweltschutz 23, 117, 128, 140, 182, 203, 207, 243 ff, 259, 270 ff Umweltverträglichkeit 206, 270 Umweltverträglichkeitsprüfung siehe Umweltschutz Underground Residential Distribution Cable siehe URD-Mittelspan- nungskabel Unfallverhütung 170, 260, 264, 428 Unfallverhütungsvorschriften (UVV) siehe Unfallverhütung unmagnetisch 48, 68, 90, 92, 114 f Unterbrechungsdauer 333 f Unterbrechungshäufigkeit 333 f unverseilt siehe Verseilung URD-Mittelspannungskabel (under- ground residential distribution cable) 256 UV-Strahlung 117, 140 V VDE-Bestimmungen siehe Normen und Normung VDEW-Umfrage zu Schäden an VPE- isolierten Mittelspannungskabeln siehe Schadensstatistik VDE-Zeichen 241, 392 ff VDE-Zeichengenehmigung siehe VDE-Zeichen VDN-Störungs- und Verfügbarkeits - statistik siehe Schadensstatistik vented tree 74 ff Verbindungsmuffe 99, 118, 128, 131, 133 ff, 173, 184, 339, 373 f Verdichtung 52, 178 ff Verdichtungsgrad siehe Verdichtung Verfüllen (siehe auch Kabelgraben) 171, 178, 252 Verfüllzone 170 Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen siehe VOB Vergusstechnik (siehe auch Garni- turen) 117, 128 ff Verkappung 188 Verkehrsgrund 151, 160 Verkehrsraum 151, 164 f, 219, 251 Verkehrssicherung 164, 168 f www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 490 Verkehrszeichenplan 165 Verluste 34 f, 54 ff, 81, 105, 112, 154, 179, 226, 273, 315, 352, 362 ff, – dielektrisch 81, 92, 111 – frequenzabhängig 105, 333 – Stromwärmeverluste 71 – Mantel 226 – Wechselstrom(zusatz)verluste 154, 368 Verlustfaktor 19, 35, 54 f, 60, 71, 256, 314, 375, 397 Verlustfaktormessung 0,1 Hz siehe Diagnoseverfahren Verlustwärme 105, 110 Verlustwinkel 35, 314 Vermessungspunkt 176, 230 vernetztes Polyethylen siehe VPE 47, 60, 62 Vernetzung 58 ff Verschlusskappe 184 Verseilung, verseilt, unverseilt 47, 51 f, 66, 82, 88, 90, 115, 154, 222 f vertikale Anordnung siehe Kabel - anordnung very low frequency siehe Wech- selspannung, VLF Vibrationspflug 203, 205 Viskosität 57, 71, 272 VLF (very low frequency) siehe Wechselspannung Vlies 48, 70, 86, 93, 96 VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen) 166, 169 void 73 Vorinvestition 354 ff Vorlast 413 ff Vorlastfaktor siehe Vorlast Vorlaststrom siehe Vorlast Vorschriften 157, 163 ff, 215, 226 ff, 236, 248, 259 ff, 311, 343 ff, 379 ff, 427 ff VPE (vernetztes Polyethylen) siehe vernetztes Polyethylen Vulkanisationsmittel 63 W Wanddicke 33, 54, 206, 227 f, 240, 247, 401 f Wanddurchführung 198 Wanderwelle 255, 292 Wareneingangskontrolle 246 f Wärmeabfuhr 42, 109, 158, 182, 218, 228 Wärmeausdehnungskoeffizient 120 Wärmedurchschlag 315 Wärmeleitfähigkeit 37, 107 Wärmewiderstand 37, 43, 108, 402 Warmschrumpftechnik 117, 131 ff Warneinrichtung 198 Wasserbäumchen 21, 73 Wasserdampf-Diffusionskonstante 67 Wasserdampfdurchlässigkeit 403 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) 163, 271 Wasserlagerung 398 Wasserrecht 160, 271 water tree 21, 72 ff, 255 ff, 314 ff, 404 f Wechselstromwiderstand, Wechsel- stromwiderstandsbelag 52, 352 Wegenutzung 159 Weichlöten 120 Weichmacher 61, 63, 72, 398 Wickeltechnik 127, 250 Widerkehrspannung siehe RVM Wiederkehrspannungsmessung siehe RVM Wiederholungsprüfung 241 ,262 Winde siehe Ziehwinde Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 347 Wirtschaftlichkeitsrechnung 23, 273, 357 ff, 371 Witterungseinflüsse 141 Z Zeichengenehmigung 77, 291, 393, 428 Zeichenprüfung 241 Zertifizierungsstelle 393 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 491 Ziehen der Kabel siehe Kabelzug Ziehgeschwindigkeit 193 Ziehkopf 195 ff ,209 Ziehstrumpf 195 ff Ziehwinde 192 f Zielgrube 209 ff Zinsfaktor 348 f, 423 ff Zinssatz 359 f, 423 ff Zugfestigkeit 48 ff, 55, 64, 72 Zugkraft 193 ff, 250, 407 Zugöse 195 f Zugprotokolle 196 Zugseil 194 ff Zugspannung 196 f Zustandsbeurteilung 325 Zuverlässigkeitsberechnung 333 Zuverlässigkeitskennwerte 333 f Zwangskühlung 109 f Zweikomponentensystem 128 Zweimetall-Verbindung 120 Zwei-Schichten-Modell 37 Zwickel 53, 66, 69 f, 89, 92, 113, 140, 397 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 492 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 19 Autorenverzeichnis Bach, Robert Prof. Dr.-Ing. promovierte im Bereich Energiekabeltechnik, war anschließend in verschiedenen Leitungsfunktionen in Energieversorgungsunternehmen und auch als Vorstand bei verschiedenen Kabelherstellern tätig, bevor er an die Fachhochschule Südwestfalen Fachgebiet Elektrotechnik und Hoch- spannungstechnik wechselte. E-Mail: robert.bach@me.com Borsi, Hossein Prof., Dr.-Ing. habil. Hossein Borsi - Institut für Elektrische Energiesysteme - Fachgebiet Hochspannungstechnik und Asset Management; Leibniz Uni- versität Hannover E-Mail: borsi@ifsi.uni-hannover.de Cichowski, Rolf Rüdiger Dipl. – Ing. Dipl. – Wirtsch. – Ing. MBA Autor / Herausgeber Vier Jahrzehnte tätig in verschiedenen Funktionen (etwa 20 Jahre Ge- schäftsführungen) in Energieversorgungsunternehmen und Telekommuni- kationsunternehmen in West- und Ostdeutschland und Geschäftsführer eines Dienstleisters für Strom, Daten, Gas und Wasser mit Sitz in Essen. Mitglied mehrerer DKE – Komitees. Referent in Seminaren und Kongressen. VDE. Autor und Herausgeber seit mehr als dreißig Jahren. E-Mail: rolf@cichowski.de Gockenbach, Ernst Prof. Dr.-Ing.; Institut für Elektrische Energiesysteme - Fachgebiet Hoch- spannungstechnik und Asset Management; Leibniz Universität Hannover E-Mail: ernst.gockenbach@ifes.uni-hannover.de Haimerl, Karl-Heinz Dipl.-Ing.; Leiter Prozesse, Leistungsverzeichnisse im Geschäftsbereich Netzdienste der Bayernwerk AG; Mehrjährige Tätigkeit in den Bereichen Technische Richtlinien, Partner - firmenmanagement und Qualitätssicherung; Leiter verschiedener techni- scher Arbeitsgruppen bei E.ON SE; Mitglied im VOB-Arbeitsausschuss ATV DIN 18322 Kabelleitungstiefbau - arbeiten Email: karlheinz.haimerl@bayernwerk.de 493 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Hecht, Ingo Techniker im Trassenmanagement der Stromnetz Hamburg GmbH, Schwer- punkt Trassenplanung; vorab langjährige Tätigkeit als Projektleiter für Kabelleitungstiefbauprojekte in Hamburg E- Mail: ingo.hecht@stromnetz-hamburg.de   Kliesch, Mario Referent für Standardisierung (Technical Service) Qualität und Regelsetzung der Sparte Strom, Westnetz GmbH, Dortmund, Führen von Expertennetz- werken der innogy SE in der Spart Grid & Infrastructure, mehrjährige Tätig- keit im Material- und Hochstromprüffeld der RWE Eurotest GmbH und als technischer Produktmanager für Kabel und Garnituren bei RWE, heute Mit- arbeiter der Westnetz GmbH, (Part of innogy) im o. g. Bereich; mehrjähriges Mitglied in DKE VDE - Gremien, K 201, UK 411.1 und UK411.3, Leiter AK411.3.4 und der europäischen Spiegelgremien für Kabel und Kabelgarni- turen CENELEC TC 20 WG 9 und WG11, u. a. Referent beim Kabelseminar, Leibniz Universität Hannover, EW Medien und Kongresse, sowie Fachbuch- autor der Buchreihe Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze, Stark- stromkabelanlagen, 2. Auflage, langjähriges VDE-Mitglied E-Mail: mario.kliesch@westnetz.de Merschel, Frank Dr.-Ing., innogy SE, Essen, Neue Technologien Dr.-Ing. Frank Merschel, VDE, war nach Studium der Energietechnik und Promotion an der Universität Hannover in verschiedenen Aufgabenberei- chen und Standorten der RWE tätig und koordiniert heute bei der innogy F&E-Projekte im Bereich der Verteilnetze. Daneben bearbeitet er auf Grund seiner in früheren Tätigkeiten gesammelten Erfahrungen Grundsatzfragen im Zusammenhang mit Starkstromkabeln und ist stellvertretender Obmann des DKE-Komitees K 411. Weiterhin ist er Lehrbeauftragter der Leibniz Universität Hannover und Leiter des dortigen Kabelseminars. E-Mail: frank.merschel@innogy.com Myland, Helmut Geschäftsführung ZVEI-Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V., Fachver- band Kabel und isolierte Drähte; davor 15 Jahre tätig in einem Kabelwerk und mehr als 20 Jahre Referent im Fachverband Kabel und isolierte Drähte zuständig für den Bereich Starkstromkabel; seit 2009 als Sekretär für die Starkstromkabelkomitees TC  20 bei CENELEC und IEC Betreuung der Normungsvorgänge im internationalen Bereich. E-Mail: myland@zvei.org 494 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Platz, Erik BEng (Maschinenbau mit Mechatronik), Industriemeister (FR Energietechnik und FR Mess-, Steuer- und Regelungstechnik), Energie-Auditor (BAFA), ausgebildeter Auditor (ISO 14001 und 27001); viele Jahre bei der Bewag in der Instandhaltung von Fernmelde-, Mittel- & Nieder-, Hoch- und Höchst-spannungskabelanlagen und Freileitungen tätig, heute Managementsystembeauftragter für Umwelt-, Energie- und Informa- tionssicherheit sowie Abfall- und Gewässerschutzbeauftragter bei der Strom- netz Berlin GmbH E-Mail: erik.platz@stromnetz-berlin.de Schubert, Stephan Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH, Bereich Prozessführung, Ab- teilung Netzautomatisierung E-Mail: stephan.schubert@mitnetz-strom.de Stengl, Werner Dipl.-Ing. FH, Sicherheitsingenieur, Leiter Technische Dienstleistungen der Bayernwerk Netz GmbH, mehrjähriges Mitglied des DKE–Komitees K 411, Mitglied im Deutschen Komitee CIRED, Referent beim Kabelseminar, Uni Hannover E-Mail: werner.stengl@bayernwerk.de Strasse, Ulrich Dip. Ing. Ök. ; Leiter Region Mitte des Nieder- und Mittelspannungsnetzes der Stromnetz Berlin GmbH, seit 40 Jahren tätig im praktischen Betrieb von elektrischen Anlagen, von der Niederspannung bis zur Höchstspannung; seit 2001 Mitwirkung im DKE, konkret K224 und UK 214.3 und seit über 20 Jah- ren Referent zu Themen des Betriebes von elektrischen Anlagen, u.a. BDEW Akademie, BG ETEM, GridLab GmbH E-Mail: ulrich.strasse@stromnetz-berlin.de 495 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 496 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 497 Karl-Scharfenberg-Straße 1 38229 Salzgitter Tel. 0 53 41 / 7 99 - 0 · Fax 0 53 41 / 7 99 - 1 99 info@schoengen.de · www.schoengen.de Schöngen Kunststoff-Rohrsysteme Systemlösungen aus einer Hand! Für Klein-, Nieder- oder Hochspannung! Qualität schafft Sicherheit Sicherheit schafft Vertrauen www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Wissen ist unsere Energie. Blindleistungskompensation und Energieversorgungsqualität EW Medien und Kongresse GmbH Buchverlag I Fachinformationen Montebruchstraße 20 I 45219 Essen Telefon: 0 20 54.9 24-123 I Fax: 0 20 54.9 24-139 vertrieb@ew-online.de I www.ew-online.de 11,3 x 16,8 cm, 240 Seiten, vierfarbig, kartoniert, 36,30 € ISBN 978-3-8022-1156-0 Bestell-Nr. 310051 Auch als E-Book erhältlich! Rolf Rüdiger Cichowski (Hrsg.) Christian Dresel, Martin Große-Gehling, Jürgen Reese, Jürgen Schlabbach 3. Aufl age 2017 Die dritte Aufl age Blindleistungskompensation und Energieversorgungsqualität wurde vollständig überarbeitet, erweitert und auf den neuesten Stand gebracht. Das Buch behandelt neben den Grundlagen der Blindleistungs- kompensation in NS- und MS-Netzen auch folgende Fragestellungen: B Aufbau, Auslegung und Betrieb von Konden- satoren und Kompensationsanlagen B Anlagentechnik B Langzeitstabilität und Alterung von Konden satoranlagen B Bewertung der Versorgungsqualität nach DIN EN 50160 u.a. Normen, Kosten und wirtschaft liche Aspekte von Kompensationsanlagen B Verbesserung der Spannungsqualität durch Filter und Kompensationsanlagen B Einsatz passiver und aktiver Filter B Grundlegendes zum Einsatz von FACTS (Flexible AC Transmission Systems) Im Buch werden zahlreiche Anwendungs- und Be- rechnungsbeispiele besprochen. Weitere Titel aus der Reihe fi nden Sie unter www.energie-fachmedien.de 3. Aufl age 2017 2018 2018 Titel ähnlich erscheint Winter 2018 www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 TECHNOLOGIEN, DIE IHNEN BEIM AUFBAU EINES INTELLIGENTEREN NETZES HELFEN Sie streben nach Stromnetz-Effizienz, Zuverlässigkeit der Stromversorgung und Umweltverantwortung. Unsere innovativen Lösungen und Dienstleistungen unterstützen Ihre Entwicklung: von modernen Kabeln und intelligenten Garnituren bis hin zur Supraleitertechnologie. Nexans verlängert die Lebensdauer Ihrer herkömmlichen Netze und hilft Ihnen dabei, ein intelligen- teres, interaktives und integriertes Stromnetz aufzubauen. www.nexans.de - info.nd@nexans.com SMART GRIDS – LEISTUNG BEGINNT BEREITS BEIM KABEL www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358 Das Kabelhandbuch ist seit Jahrzehnten in der Bran- che der elektrischen Energieversorger als Standardwerk bekannt. Es hat sich bewährt und wird von den Lesern regelmäßig als Nachschlagewerk genutzt. Daher wurde auch bei der vorliegenden Neuauflage die inhaltliche Konzeption beibehalten, aber alle Kapitel sind überar - beitet und auf den derzeitigen Stand der Technik, der Gesetze und Normung gebracht worden. Die Bauarten der Kabel und Garnituren einschließlich der neuen Entwicklungen in der Hochtemperatur-Supra- leiter-Technik werden vorgestellt. Weiter werden die wesentlichen Gesichtspunkt bei der Projektierung und Bauabwicklung von Kabelanlagen – in herkömlicher als auch in grabenloser Bauweise – beschrieben. Dabei wurde das Thema Kabellegung in Kooperation mit der Gütegemeinschaft Leitungstiefbau den gegenwärtigen Gegebenheiten angepasst. Detailliert behandelt werden die im laufenden Betrieb erforderlichen Mess - verfahren zur Kabeltrassensuche zur Kabelauslese und zur Kabelfehlerortung sowie der heutige Stand der Kabeldiagnose. Die Ausführungen zur Qualitätssiche- rung, zur Arbeitssicherheit und dem Umweltschutz, zur Wirtschaftlichkeitsberechnung, zur Störungs- und Schadensstatistik, zur Instandhaltung und zur Normung runden das Werk ab. Mit der 9. Auflage des Kabelhandbuches liegt ein aktuelles Fachbuch vor, das als Nachschlagewerk, als Planungshilfe und zur Aus- und Weiterbildung gleicher- maßen Netzbetreibern, Tiefbauern, Montageunterneh- men und Herstellern sowie Studierenden ein wichtiges Hilfmittel sein wird. www.vde-verlag.de - KLZ Vertriebs GmbH ID - 240223213850ae358