In U-Bahn-Tunneln verwendete Kabeltypen: Eine vollständige Auswahlhilfe für U-Bahn-Projekte

Ein U-Bahn-Tunnel ist einer der schwierigsten Orte für die Installation eines Elektrokabels. Der Raum ist begrenzt, die Atmosphäre ist feucht und oft chemisch aggressiv, der Wartungszugang ist auf wenige Stunden in der Nacht beschränkt und ein einziger Ausfall während der Betriebszeiten kann Tausende von Passagieren unter der Erde festsitzen lassen. Tunnel vibrieren außerdem, führen verirrte Traktionsströme und müssen für die Evakuierung passierbar bleiben, wenn ein Feuer ausbricht.

Deshalb wird kein U-Bahn-Projekt mit einem einzigen „Tunnelkabel“ gebaut. Eine moderne Leitung nutzt mehrere Kabelfamilien gleichzeitig: Mittelspannungs-Verteilungskabel, Gleichstrom-Traktionskabel, Niederspannungs-Hilfskabel Stromkabel , Steuer- und Signalkabel, feuerbeständige Kabel für Lebenssicherheitskreise und Kommunikationskabel wie strahlende Koaxialkabel. In den folgenden Abschnitten wird erklärt, was jeder Typ tut und welche Eigenschaften darüber entscheiden, ob er in eine Tunnelspezifikation gehört.

Warum die Auswahl von Tunnelkabeln anders ist

Bevor Sie Produkte vergleichen, ist es hilfreich, die Bedingungen zu verstehen, die ein Tunnel für jedes darin verlegte Kabel mit sich bringt.

• Feuer- und Rauchverhalten. Kabel gehören zu den größten Brennstofflasten in einem Tunnel, daher werden Flammenausbreitung, Wärmefreisetzung, Rauchdichte und Säuregasemission als primäre Designkriterien und nicht als optionale Extras behandelt.
• Feuchtigkeit und Grundwasser. Viele Tunnel liegen unterhalb des Grundwasserspiegels und Kabeltrassen verlaufen häufig durch Entwässerungszonen, in denen jahrzehntelang Wasser vorhanden ist.
• Begrenzter Platz. Halterungsabstand, Biegeradius und Traglast sind alle eng, was Kabel mit vorhersehbaren, getesteten Installationseigenschaften begünstigt.
• Vibration und Bewegung. Ständige Zugvibrationen und Tunnelatmung erfordern flexible Leiter und korrekt beabstandete Stollen.
• Streuströme und Störungen. Traktionsrückströme und Antriebe mit variabler Frequenz erzeugen elektrisches Rauschen, daher sind Abschirmung und Erdung genauso wichtig wie das Kabel selbst.
• Lange Lebensdauer. Die geplante Lebensdauer beträgt in der Regel 30 bis 50 Jahre und es besteht kaum die Möglichkeit, ein Kabel erneut zu ziehen, sodass die Alterungsleistung die Anschaffungskosten überwiegt.

Metro-Spezifikationen stützen sich daher auf eine Reihe bekannter Normen: IEC 60502-2 für Mittelspannungskabel, IEC 60332-1 und IEC 60332-3 für die Flammenausbreitung, IEC 60331 für die Schaltkreisintegrität unter Feuer, IEC 60754 für Halogensäuregas und IEC 61034 für die Rauchdichte. Ein Datenblatt sollte anhand dieser Testergebnisse und nicht anhand der Marketingsprache gelesen werden.

Die wichtigsten Kabeltypen, die in U-Bahn-Tunneln verwendet werden

Die folgende Tabelle fasst die Kabeltypen zusammen, die normalerweise entlang einer U-Bahn-Tunnelstrecke zu finden sind, zusammen mit den jeweiligen Aufgaben. Die Liste ist nach Funktion geordnet, da zwei Kabel mit identischer Nennspannung unter der Erde sehr unterschiedliche Aufgaben erfüllen können.

Ein einzelner Tunnelabschnitt kann alle acht Familien enthalten. Im Folgenden werden die Gruppen beschrieben, die die sorgfältigste Spezifikation erfordern.

Mittelspannungsverteilungs- und Gleichstrom-Bahnkabel

VPE-isolierte Verteilerkabel

Umspannwerke sind in der Regel ein bis zwei Kilometer voneinander entfernt und über einen Mittelspannungsring an das öffentliche Netz angeschlossen. Bei diesen Ring- und Speisekreisen handelt es sich fast immer um XLPE-isolierte Kabel mit Nennspannungen zwischen 3,6/6 kV und 26/35 kV, die entweder als einadrige Kabel in Kleeblattanordnung oder als dreiadrige Kabel mit einer gemeinsamen Metallabschirmung verlegt werden. Der Schirm leitet den Erdschlussstrom und steuert das elektrische Feld, daher muss sein Querschnitt spezifiziert und nicht angenommen werden.

Gleichstrom-Bahnstromkabel

Die zweite große Energiefamilie speist die Laufschienen. Dritte-Schienen-Systeme werden typischerweise mit 750 V Gleichstrom betrieben, während Oberleitungssysteme üblicherweise mit 1500 V Gleichstrom betrieben werden. Hierbei handelt es sich in der Regel um einadrige Kabel mit starken Kupferabschirmungen oder konzentrischen Leitern, die hauptsächlich zur Begrenzung der Streustromkorrosion von Tunnelauskleidungen, Bewehrungen und vergrabenen Metallarbeiten ausgewählt werden. Die Isolierung besteht in der Regel aus XLPE mit einer raucharmen, halogenfreien Ummantelung überall dort, wo der Bediener im Notfall eine reduzierte Rauchentwicklung benötigt.

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Steuer-, Signal- und Kommunikationskabel

Steuerkabel

Steuerkabel operate the equipment that keeps a tunnel habitable: ventilation fans, drainage pumps, platform screen doors, lighting contactors and switchgear. They are multi-core, generally rated 450/750 V, with PVC, cross-linked polyolefin or LSZH insulation. Where variable-frequency drives are involved, a braided or foil screen is added to contain switching noise.

Geschirmte Instrumentierungs- und Signalkabel

Geschirmte Instrumentierungskabel übertragen Mess- und Steuersignale mit niedrigem Pegel zwischen Sensoren, Überwachungseinheiten und SCADA-Außenstationen. Die übliche Konstruktion besteht aus verdrillten Paaren mit Einzel- und Gesamtabschirmungen sowie einem Erdungsdraht mit einer Nennspannung von 300/500 V. Die Abschirmung dient dazu, Störungen fernzuhalten und nicht Fehlerströme zu übertragen, und sie darf nur an einem Ende geerdet werden, um zu verhindern, dass Ströme entlang des Tunnels zirkulieren.

Strahlendes Koaxialkabel

Funksignale breiten sich in Tunnelkurven nicht weit aus, daher verwenden U-Bahnen strahlende Koaxialkabel, die oft als undichte Speisekabel bezeichnet werden und entlang der Tunnelwand montiert sind. Durch seinen geschlitzten Außenleiter fungiert das Kabel als lange Antenne und bietet eine kontinuierliche Abdeckung für die Zug-Boden-Kommunikation und den Funkdienst der Rettungsdienste.

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Feuerbeständige und flammhemmende Kabel

Flammhemmend und feuerbeständig sind nicht dasselbe. Ein flammhemmendes Kabel widersteht der Flammenausbreitung, bestätigt durch IEC 60332-1 für ein einzelnes Kabel und IEC 60332-3 für ein vertikales Bündel, es ist jedoch nicht erforderlich, während eines Brandes weiterzuarbeiten. Ein feuerbeständiges Kabel fügt eine Glimmerbandbarriere um den Leiter herum hinzu, sodass der Stromkreis für einen definierten Zeitraum weiter funktioniert, üblicherweise 30, 60 oder 120 Minuten bei Tests gemäß IEC 60331. Notbeleuchtung, Rauchabzugsventilatoren, Feuerlöschpumpen, Evakuierungsaufzüge und Tunnelkommunikation werden aus diesem Grund normalerweise mit feuerbeständigen Kabeln verkabelt.

Rauch ist die andere Hälfte der Gleichung. Raucharme, halogenfreie Verbindungen begrenzen das Halogensäuregas auf IEC 60754 und die Rauchdichte auf IEC 61034, wodurch Fluchtwege und Zugang zur Brandbekämpfung nutzbar bleiben. Wenn Sie diese Schwierigkeitsgrade für eine bestimmte Route abwägen, finden Sie hier unsere Übersicht Drei Prinzipien für die Auswahl flammhemmender Kabel ist ein nützlicher Ausgangspunkt.

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Schutz vor Wasser, Nagetieren und mechanischen Schäden

Das Brandverhalten ist nur ein Teil der Spezifikation. Tunnel vereinen feuchte Luft, Abwasser, Nagetieraktivität und ständige mechanische Belastung, sodass die äußeren Schichten des Kabels echte Arbeit leisten:

• Wassersperrende Bänder oder Quellpulver in den Leiterzwischenräumen, für Strecken unterhalb des Grundwasserspiegels.
• Stahlband- oder Stahldrahtarmierung, wenn Kabel in der Sohle vergraben oder Stößen ausgesetzt sind.
• Termiten- und nagetierresistente Ummantelung in Tunneln, die durch Erde, alte Aufschüttungen oder bewachsene Stecklinge führen.
• Korrekter Abstand der Stollen und Brandschutzabdichtung an jedem Wanddurchbruch, damit sich ein Kabelbrand nicht zwischen den Abschnitten ausbreiten kann.

Eine Spezifikationscheckliste für Tunnelprojekte

Wenn Sie einen Kabelfahrplan für einen U-Bahn-Tunnel erstellen, arbeiten Sie die folgenden Punkte durch, bevor Sie die Anfrage freigeben:

1. Trennen Sie die Stromkreise nach Funktion: Traktionsenergie, Hilfsenergie, Steuerung, Signal und Kommunikation.
2. Bestätigen Sie die Spannungsklasse, das Leitermaterial und den Schirmquerschnitt, die für die Erdungs- und Streustromstudie erforderlich sind.
3. Geben Sie die für jeden Stromkreis erforderliche Brandschutzleistung an: schwer entflammbar, feuerbeständig mit Schaltkreisintegritätszeit oder beides.
4. Geben Sie für alle Kabel in Aufenthaltsbereichen Rauch- und Säuregasgrenzwerte an, zum Beispiel IEC 61034 und IEC 60754.
5. Definieren Sie den Umweltschutz: Wasserblockierung, Panzerung, Nagetierresistenz.
6. Überprüfen Sie den Biegeradius und den Stollenabstand anhand des tatsächlichen Tunnelquerschnitts und der Halterungsanordnung.
7. Fordern Sie Typprüfberichte und Zertifizierungen durch Dritte an, nicht nur eine Katalogbeschreibung.

Auswahl eines Kabelpartners für Tunnelarbeiten

Tunnelkabel sind eine langfristige Verpflichtung, und es lohnt sich, sie von einem Hersteller zu beziehen, der sich mit den U-Bahn-Betriebsprofilen auskennt, anstatt einfach nur eine Spannung anzugeben. Unser eigenes Produktionsstandort in Guanlin, Yixing , in der Branche als China Cable City bekannt, produziert seit 1998 Strom-, Ausrüstungs-, Freileitungs- und Spezialkabel mit den für Tunnelprojekte typischerweise erforderlichen Mittelspannungs-, Steuerungs-, Feuerschutz- und Schienentransportkonstruktionen. Qualitäts-, Umwelt-, Arbeitsschutz-, Energie- und geistiges Eigentumsmanagementsysteme sind nach ISO-Standards zertifiziert, und die Produkte verfügen über Genehmigungen Dritter, einschließlich der TÜV-Zertifizierung, die wichtig ist, wenn eine Spezifikation bei der Entwurfsprüfung verteidigt werden muss.

Wenn Sie einen Kabelplan für einen U-Bahn-Tunnel erstellen, senden Sie uns die Schaltungsliste und die Brandschutzanforderungen. Wir helfen Ihnen dabei, jede Route einem Kabeltyp zuzuordnen, der im Betrieb funktioniert, nicht nur auf dem Papier.