Hochspannungskabel: So wählen Sie die Isolations- und Spannungswerte aus

Ein 26/35-kV-XLPE-Kabel ist kein Ersatz für ein 0,6/1-kV-PVC-Kabel. Wenn eine Projektspezifikation einen Mittelspannungsabzweig erfordert, kann die falsche Isolierung oder Leitergröße zu anhaltender Überhitzung, vorzeitigem Ausfall und ungeplantem Kabelaustausch führen. Stellen Sie sich eine 20-MVA-Last bei 35 kV vor: Der Leitungsstrom beträgt etwa 330 A. Ein 150 mm² großer Kupferleiter mit XLPE-Isolierung kann diesen Strom in der Luft transportieren, aber der gleiche Aluminiumleiter würde einen größeren Querschnitt benötigen, um die gleiche Strombelastbarkeit zu erreichen. Die erste Frage ist nicht „welche Marke“, sondern „welche Konstruktion“ für die tatsächliche Betriebsspannung, Umgebungsbelastung und Installationsmethode. Dieser Leitfaden konzentriert sich auf Hochspannungskabel im Mittelspannungsbereich (bis 35 kV) und bietet praktische Auswahlkriterien, die Ingenieure und Beschaffungsmanager nutzen können.

Was bedeutet „Hochspannung“ in Stromkabeln?

In internationalen Normen deckt die Niederspannung normalerweise bis zu 1 kV ab, die Mittelspannung reicht von 1 kV bis 35 kV und die Hochspannung beginnt über 35 kV. In der Versorgungs- und Industriepraxis wird der Begriff „Hochspannungskabel“ jedoch häufig für jedes Kabel über 1 kV verwendet, das Verteilungs- oder Übertragungskreisen dient. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf den Bereich von 1,8/3 kV bis 26/35 kV, der die meisten industriellen und öffentlichen Mittelspannungsnetze abdeckt. Systeme mit höherer Spannung (66 kV und höher) basieren auf unterschiedlichen Kabeldesigns, die grundlegende Auswahllogik bleibt jedoch ähnlich. Das Verständnis der Spannungsklasse ist wichtig, da sie die Isolationsdicke, das Abschirmungsdesign und die Prüfmethode bestimmt. Ein 26/35-kV-Kabel hat einen Außendurchmesser, der etwa doppelt so groß ist wie der eines 8,7/15-kV-Kabels bei gleicher Leitergröße, was sich auf den Biegeradius und die Grabenbreite auswirkt.

Wichtige Konstruktionsdetails zur Inspektion

Ein Hochspannungskabel besteht aus vier verschiedenen Schichten: Leiter, Leiterschirm, Isolierung und Isolationsschirm, gefolgt von einer metallischen Abschirmung und einem Außenmantel. Jede Schicht hat eine definierte Funktion. Der Leiter sollte einen Widerstand haben, der IEC 60228 Klasse 1 oder Klasse 2 entspricht. Die Leiterabschirmung und die Isolationsabschirmung glätten das elektrische Feld und verhindern eine Teilentladung. Die metallische Abschirmung dient sowohl als Rückweg für Fehlerströme als auch als elektromagnetische Abschirmung. Der Außenmantel kann je nach Einbaubedingungen aus PVC, PE oder einer flammhemmenden Mischung bestehen. Achten Sie auf das Leitermaterial: Kupfer bietet bei gleichem Querschnitt einen geringeren Gleichstromwiderstand, während Aluminium Gewicht und Kosten reduziert. In einem 26/35-kV-Kabel sind Querschnitte von 50 mm² bis 300 mm² üblich, und Reduzierungsfaktoren müssen angewendet werden, wenn Kabel gebündelt, erdverlegt oder in heißen Umgebungen installiert werden. Die halbleitenden Abschirmungen müssen extrudiert und fest mit der Isolierung verbunden werden, da sonst Hohlräume entstehen und Teilentladungen schließlich zur Erosion der Isolierung führen.

XLPE vs. PVC-Isolierung für Mittel- und Hochspannung

Das Isolationsmaterial bestimmt, wie viel thermischer und elektrischer Belastung ein Kabel standhält. XLPE (vernetztes Polyethylen) ist die Standardwahl für Mittel- und Hochspannungskabel, da es einer kontinuierlichen Leitertemperatur von 90 °C und einer Notfalltemperatur von bis zu 130 °C standhalten kann. PVC hingegen ist in der Regel auf eine Dauertemperatur von 70 °C beschränkt. Für 0,6/1-kV-Stromkreise bleibt PVC wirtschaftlich, für 26/35-kV-Stromkreise ist XLPE jedoch nahezu Standard. Tabelle 1 vergleicht die wichtigsten Merkmale. In der Praxis ist die Wahl zwischen diesen Materialien oft die erste Entscheidung, die sich auf die Qualität auswirkt Vergleich von XLPE- und PVC-Isolierung .

Auswahl der Nennspannung: 8,7/15 kV und 26/35 kV

Spannungswerte werden als U geschrieben ₀ /U, wo U ₀ ist die Leiter-Erde-Spannung und U ist die Leiter-Leiter-Spannung. Für ein 26/35-kV-Kabel U ₀ beträgt 26 kV und U beträgt 35 kV. In der Praxis wird ein 26/35-kV-XLPE-Kabel für die Stromverteilung von 35-kV-Umspannwerken verwendet, während 8,7/15-kV-Kabel für industrielle Inneneinspeisungen dienen und 12/20-kV-Kabel in städtischen Verteilungsnetzen üblich sind. Die Wahl einer höheren Nennspannung als der Nennspannung des Systems führt nicht zwangsläufig zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit; Dies kann die Kosten erhöhen und die Flexibilität verringern. Die richtige Nennleistung entspricht der maximalen Betriebsspannung des Systems und der neutralen Erdungskonfiguration. Beispielsweise kann ein System mit einer Nennspannung von 35 kV und einem effektiv geerdeten Neutralleiter über ein 26/35-kV-Kabel versorgt werden, während ein ungeerdetes oder isoliertes Neutralleitersystem möglicherweise einen höheren Isolationsgrad erfordert. Überprüfen Sie daher immer den Isolationsgrad mit dem Konstrukteur.

Auswahl des richtigen Leiterquerschnitts

Die Auswahl des Leiterquerschnitts ist ein Gleichgewicht zwischen Strombelastbarkeit, Spannungsabfall und Kurzschlusskapazität. Die Strombelastbarkeit wird durch die maximale Leitertemperatur begrenzt, die für XLPE 90 °C beträgt. Ein 150 mm² großer Kupferleiter hat in Luft eine ungefähre Strombelastbarkeit von 360 A bei 90 °C, aber wenn er im Erdreich bei 25 °C und einem thermischen Widerstand von 1,2 K·m/W vergraben ist, kann die Strombelastbarkeit unter 300 A fallen. Der Spannungsabfall muss bei langen Strecken überprüft werden; Ein Spannungsabfall von 1 % bei 35 kV ermöglicht normalerweise eine längere Kabellänge als bei 0,6/1 kV. Bei Kurzschlüssen darf der Leiter während der Fehlerbeseitigungszeit die maximal zulässige Temperatur nicht überschreiten. Eine Norm besagt, dass Kupferleiter unter VPE-Isolierung einer Kurzschlussstromdichte von etwa 100 A/mm² für 1 Sekunde standhalten können. Diese Berechnungen bestimmen den Mindestquerschnitt, und die Beschaffung sollte niemals einen dünneren Leiter ohne dokumentierte thermische Berechnung akzeptieren.

Wo Hochspannungskabel verwendet werden

Hochspannungskabel finden sich überall dort, wo elektrische Energie über weite Strecken transportiert werden muss. Versorgungsnetze verwenden 26/35-kV-VPE-Kabel zur Verbindung von Umspannwerken und Abspanntransformatoren.

XLPE-isoliertes Stromkabel für die Mittel- und Hochspannungsverteilung Dieses vernetzte Polyethylenkabel eignet sich für städtische Netze, Industrieanlagen und Infrastruktur. Seine fortschrittliche Isolierung verbessert die Alterungs- und Umweltbeständigkeit und macht es zu einer zuverlässigen Wahl für eine zuverlässige Stromübertragung über Entfernungen. Produkt anzeigen →

Industrieanlagen installieren 8,7/15-kV-Kabel zur Versorgung großer Motoren und Stromverteilertafeln. Schienenverkehrssysteme verwenden spezielle Stromkabel zur Versorgung von Umspannwerken.

Raucharmes, halogenfreies Stromkabel für den städtischen Schienenverkehr Dieses 35-kV-Kabel wurde für U-Bahn- und Stadtbahnsysteme entwickelt und bietet Flammschutz sowie Schutz vor Termiten und Nagetieren. Es erfüllt strenge Sicherheitsanforderungen für Untergrund- und Gleisumgebungen und unterstützt eine zuverlässige Traktionsenergie. Produkt anzeigen →

Auch Projekte im Bereich erneuerbare Energien sind auf diese Kabel angewiesen: Ein Solarpark kann Photovoltaikkabel verwenden, um Gleichstrom von Solaranlagen zu sammeln und einen Zentralwechselrichter zu versorgen.

Photovoltaikkabel für die Gleichstromübertragung von Solarenergie Dieses Kabel wurde für Solaranlagen entwickelt und ist UV-, wetter- und ozonbeständig. Sein verzinnter Kupferleiter und die LSZH-Isolierung sorgen für eine stabile Leistung unter Außenbedingungen und tragen zur langfristigen Effizienz erneuerbarer Energiesysteme bei. Produkt anzeigen →

Überlegungen zu Qualität und Tests

Ein zuverlässiges Hochspannungskabel muss vor Verlassen des Werks getestet werden. Zu den Routinetests gehören die Messung des Leiterwiderstands, der Teilentladungstest bei der angegebenen Spannung, der Isolationswiderstandstest und der Spannungsfestigkeitstest bei Netzfrequenz. Bei 26/35-kV-Kabeln darf die Teilentladungsprüfung keine lokale Entladung über dem angegebenen Grenzwert ergeben. Darüber hinaus prüfen Stichproben die Abmessungen, die Isolationsdicke und die mechanischen Eigenschaften. Bei Standortabnahmetests handelt es sich je nach Kabelsystem typischerweise um einen Hochspannungs-Gleichstromtest oder einen resonanten Wechselstromtest. Bestehen Sie darauf, die Testberichte für jede Rolle zu erhalten. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Fabrik über die erforderliche Zertifizierung verfügt, z. B. ISO 9001 und Produktzertifizierungen für den beabsichtigten Markt.

Praktische Kaufüberlegungen

Beim Kauf Hochspannungskabel Führen Sie eine Bestandsaufnahme der folgenden Variablen durch: Kabellänge, Lieferrohrgröße, erforderlicher Biegeradius, Einbautiefe und Umgebungstemperatur. Für die direkte Erdverlegung verwenden Sie Kabel mit einer doppelten Stahlbandarmierung oder einer Drahtarmierungsschicht. Bei Kabeltrassen oder Tunneln ist eine flammhemmende Ummantelung erforderlich, um die Brandausbreitung zu reduzieren. Der Biegeradius wird häufig mit dem 12- bis 15-fachen des Kabelaußendurchmessers für XLPE angegeben. Schmutz, Feuchtigkeit und mechanische Schäden sind die drei häufigsten Ursachen für vorzeitige Ausfälle von Mittelspannungskabeln. Vergleichen Sie außerdem die thermischen Derating-Faktoren für verschiedene Routen. Eine Änderung der Installationsbedingungen von Luft zu Erde kann die Strombelastbarkeit um 20–30 % verringern. Denken Sie daran, dass die Gesamtbetriebskosten das Kabel, die Installation und die Ausfallkosten umfassen. Wählen Sie daher einen Lieferanten, der eine gleichbleibende Qualität und zuverlässige Testdokumentation bieten kann.

Die Auswahl eines Hochspannungskabels ist eine technische Entscheidung, die auf Systemspannung, Isolationsmaterial, Leitergröße und Installationsumgebung basiert. Beginnen Sie mit der Spezifikation und validieren Sie dann die Testfähigkeit und Erfolgsbilanz des Lieferanten. Ein zuverlässiger Kabelhersteller mit ISO 9001- und TÜV-Zertifizierung kann die erforderliche Dokumentation und Konsistenz für Energieversorgungs-, Industrie- und erneuerbare Projekte bereitstellen. Unser Team produziert seit 1998 Mittel- und Hochspannungskabel und wir freuen uns über Ihre technischen Fragen. Erfahren Sie mehr über unsere Fertigungshintergrund .