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Projekte AlpTransit und BKW

Dr. Hans-Peter Burgener 2

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Projekte AlpTransit und BKW Dr. Hans-Peter Burgener 3

KONZEPTIONELL STARK

Die Alpen bilden ein gewal-tiges Hindernis und trennen den Süden Europas vom Norden. Die Überwindung dieses Massivs stellt die Menschheit damals wie heute vor grosse Herausforderungen. Eine stetig steigende Verkehrslast bedingt durch ein ungestilltes Verlangen nach schnellerem Personentransport und grösseren Kapazitäten im Güterver-kehr veranlasst die Schweiz dazu, sich erneut dieser Herausforderung zu stellen. Die Nord-Süd-Verbindung sollen zwei neue Eisenbahn-Basistunnel gewährleisten:

● der Gotthard-Basistunnel ● der Lötschberg-Basistunnel

N E X A N S V E R B I N D E T – D A S H E U T E M I T D E R Z U K U N F T

Hochleistungsstrecke durch die Alpen

Unser Beitrag am Jahrhundertbauwerk – der Lötschberg Basistunnel

Der Lötschberg-Basistunnel wird mit einer Bauzeit von 13 Jahren zur ersten Eisenbahn-Hochleistungs-strecke durch die Alpen. Dieser zwei-röhrige, richtungsgetrennte Einspurtunnel (Bild 1) ist ein Bauwerk von unvorstellbarer Dimension:

● 2500 Personen sind am Bau beteiligt,

● 16 Mio Tonnen Gestein werden ausgehoben,

● ein Röhrensystem von 88 km entsteht,

● die Basisröhren sind 34.6 km lang (Frutigen, BE – Raron, VS),

● 57 km Gleisanlagen werden verlegt,

● und die Kosten belaufen sich auf 4.1 Mrd. CHF.

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Die BLS Alptransit AG (BLS AT ) als Bauherrin leitet mit einem 30-köpfigen Team den Bau des Basistunnels sowie der Installationen der bahntechni-schen Anlagen. Sie schreibt das Projekt in 17 Losen als einzelne Totalunternehmermandate aus.

Tunnelröhrensystem und Standorte der wichtigsten Anlagen

Bild 1.

Es ist leicht nachzuvollziehen, dass ein solches Jahrhundertbauwerk nicht von einer einzigen Firma erstellt werden kann.

Mit dem Grundgedanken: „Planung und Ausführung aus einer Hand“, vereinen die Firmen Zschokke Bau und Rhomberg mehrere Lose in einem Gesamtangebot als Unternehmervorschlag (Bild 2).

Ausführungsorganisation des Unternehmervorschlags (TU ABL)

Bild 2.

Baukommunikation Baustrom

Fahrbahn

Fahrleitung

Hochspannung

Niederspannung

Koordination

Logistik / Transporte

Kabelanlagen

Container

Lüftung

Sicherheitsanlagen

Daten / Telefon

Mech. Austrüstung

Allein geht’s nicht!

Fahrbahn

West-Röhre

Ost-Röhre

Rohbau

Fensterstollen

Unterwerke

Betriebszentralen

Lüftungszentralen

Ferden Lötschen Gampel/Steg

Fystertälla Raron

RelaisraumFrutigen Mitholz

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Die Firma Nexans ist bereits in dieser Phase als TU-Mitglied aktiv in die Arbeitsgemeinschaft integriert. Die Optimierung der Einbautermine, eine höhere Terminsicherheit, das Bündeln von Informationsströmen und die Minimierung von Schnittstellen sind nur einige Vorteile der Unternehmervariante.

Nicht nur die Gesamtkosten werden beim Zuschlag berück-sichtigt :

● die Professionalität der beteiligten Firmen

● die Projektorganisation

● die Aufgabenanalyse

bewegen die BLS AT, den Auftrag im Juni 2002 an die ARGE Bahntechnik Lötschberg (TU ABL) zu vergeben.

Unter der Leitung der BLS AT (Bild 3) ist der TU ABL für die Planung und den Einbau der oben dargestellten bahntechnischen Anlagen verantwortlich.

Die Anlagen müssen den besten sicherheitstechnischen Standards genügen. Ihre Komplexität nimmt aufgrund des immer höheren Information- und Energiebedarfs wesentliche Ausmasse an. Die Versorgung aller Anlagen mit Daten und Energie verlangt nach einem ausgedehnten Kabelnetz.

Für die Planung, Organisation, Produktion, Lieferung und Montage der gesamten Kabelanlagen ist die Firma Nexans Schweiz AG verantwortlich.

BLS AT

Projektleitung TU ABL

BTB / TU Unternehmer

General Planung undKoordination

PlanungBahnaustrüstung

DetailplanungAblauf

Interface

Generalplanung

Bild 3.

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Bild 1 zeigt die Standorte der wichtigsten Anlagen, die mit Informationen und Energie versorgt werden müssen.

● Unterwerke (UW) in Mitholz und Gampel

● Betriebszentralen ausserhalb des Tunnels in Frutigen und Raron

● Container in den Betriebszen-tralen (BZ) im Tunnel (Mitholz, Relaisraum, Ferden, Lötschen) mit jeweils einer BZ für die Ost- sowie die West-Röhre

● Lüftungszentralen (LZ) in Mitholz, Ferden und Fystertälla

● Schränke in den Quer- schlägen

● Funkanlagen in den Tunnel- röhren

Neben all diesen Anlagen muss natürlich der Fahrdraht mit Energie versorgt werden. Eine Hochspan-nungskabelleitung zwischen den Kantonen Bern und Wallis erhöht die Übertragungssicherheit im Bahnstromnetz.

Die gesamte Kabelanlage umfasst den folgenden Lieferumfang:

● 132 kV, 16 2/3 Hz Hochspan-nungskabel (Typ: XCuWT 1x630 mm2 bzw. 1x300 mm2, 150 kV) zur Energieübertragung zwischen dem UW Mittholz und dem UW Gampel

● Erdleiter mit 144 integrierten Monomode-LWL zum Potential-ausgleich und Informationsfluss zwischen den Unterwerken

● 15 kV, 16 2/3 Hz Mittelspan-nungskabel (Typ: XDCuN 1x240 mm2, 30 kV) zur Einspeisung des Bahnstroms in den Betriebszentralen.

● 15 kV, 16 2/3 Hz Feederkabel (Typ: XDCuN 1x240 mm2, 30 kV) zur Anspeisung des Fahrdrahts. Der Fahrdraht wird alle Kilometer eingespiesen.

● Parallel zu den 16 2/3 Hz Feeder- kabel wird noch ein Feeder-rückleiter mit einem Querschnitt von 240 mm2 verlegt, um einen guten Potentialausgleich zu erhalten

● 16 kV, 50 Hz Kabel (Typ: XDCuN 1x150mm2, 20kV) für die Versorgung der techni-schen Anlagen mit elektrischer Energie

● 400 / 950 V, 50 Hz Nieder- spannungskabel zur Versor-gung der Schränke in den Querschlägen und der restli-chen Elektroinstallationen

● Primärkabel mit 144 Mono-mode-LWL zur Verbindung der Datenknoten der BZ, LZ und UW

● Sekundärkabel mit 48 und 72 Monomode-LWL zur Anbindung der technischen Räume an die Datenknoten

● Funkkabel mit 24 bis 96 Monomode-LWL für die Anspeisung der Tunnelfunksta-tionen

● Strahlerkabel für die Tunnelfunk-versorgung GSMR (Railway) und GSMP (Public)

● Kabel für die Zugsicherung

Welche Kabel sollen in den Tunnel ?

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Photo Typ Länge

132 kV, 16 2/3 Hz Hochspannungskabel XCuWT 1x630 mm2, 150 kV 60,5 km XCuWT 1x300 mm2, 150 kV 1,4 km

Erdleiter mit 144 integrierten Monomode-LWL LE-SG 12LF (DGGT + CU 150-T) 144 FSN 9/125 40 km

15 kV & 16 kV Mittelspannungskabel XDCuN 1x240 mm2, 30 kV, 16 2/3 Hz (Feeder) 226 km XDCuN 1x150 mm2, 30 kV, 50 Hz 91 km

Feederrückleiter und Erdleiter N Nohal 1x240 mm2, 1 kV 226 km

Niederspannungskabel 4x35 mm2 N2XH-O FE180 E30-D-AcwN, 960 V, 50 Hz 120 km 5x35 mm2 N2XH-J FE180 E30-D-AcwN, 400 V, 50 Hz 90 km

LWL Kabel für Primär-, Sekundär und Funknetz

LE-SG 12 LF2.8 DGGT ACWT 144 FSN 9/125 100 km LE-SG 6 LF2.8 DGGT ACWT 48/72 FSN 9/125 95 km LE-SG 6-8 LF2.8 DGGT ACWT 24/96 FSN 9/125 90 km

Strahlerkabel RLKU 158-50 JFN selbsttragend 200 km

Kabel für Zugsicherung 1-10x4/1.5 SW-CLN 400 km

Es versteht sich, dass neben den hier aufgeführten Kabellängen eine immense Anzahl Garnituren, d.h. Muffen, Endverschlüsse bis hin zu Briden, im Lieferumfang mit einge-schlossen ist.

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Die Definition der geeigneten Kabel und Zubehöre sowie die Ausarbeitung der Konzepte bei der Positionierung der Muffenkammern, der Fahrdrahtanspeisungen, der drahtlosen Kommunikation usw. wird von Nexans schon in den Frühstadien dieses Mammutpro-jekts aktiv unterstützt. Erste Vorstudien reichen ins Jahr 1995 zurück (Bild 4).

Nach einer intensiven Submissions-phase wird die Offerte im Frühjahr 2002 bei der BLS AT einge-reicht. Im Juni 2002 erhält Nexans Schweiz AG den Zuschlag für die Lieferung, die Verlegung und die Montage der Kabelanlagen.

Seither arbeitet bei Nexans ein Team von mehreren Personen für die Planung und Projektierung der Detailausführung. Neben der genauen Definition der Quantitäten der verschiedenen Lieferpositionen müssen in dieser Phase auch die Fragen, wann, wo und durch wen

Unterstützung in allen Projektphasen

Logistische Höchstleistung!

diese Positionen fabriziert, trans-portiert, verlegt und/oder montiert und geprüft werden, beantwortet werden. Die Kabel von Nexans bilden das Bindeglied zwischen den verschiedenen Anlagen aller beteiligten Unternehmen. Deshalb sitzt Nexans Schweiz auf der Schnittstelle. Dies stellt hohe Anforderungen an die Projektleiter, die ständig auch den Einfluss der eigenen Planung auf die Lose der anderen Unternehmer im Auge behalten müssen. Gegenseitige Behinderungen werden somit ver-mieden und Synergien genutzt.

Projektphasen

Bild 4.

1995 2000 2005

Vorstudien Validierung

SP

◆ Zuschlag

AP

◆ Schulung

A

IBN

◆ Übergabe

SP = SubmissionsphaseZ = ZuschlagAP = Erarbeitung des AusführungsprojektsS = SchulungA = AusführungIBN = Inbetriebnahme

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Bild 5 verdeutlicht an einem Baueinsatzplan die Komplexität dieser Planung. Dargestellt sind die Arbeitsprozesse für den Einzug der Vor- und Zugseile durch die erste Arbeitsschicht (07:30 bis 12:30). Der Personentransport erfolgt gleichzeitig mit der voran-gehenden Equipe der Fahrbahn.Die Dauer der Arbeiten ist auf das Verlegen der Fahrbahn

abgeglichen, so dass nach der Verlegung der Fahrbahn, die Verlegerequipen der Fahrbahn und der Kabelanlagen den Tunnel gemeinsam verlassen. Der Einzug der Zugseile auf den vorgeseil-ten Röhren und der Einzug der Hochspannungskabel auf dem besagten Abschnitt erfolgt erst durch die folgenden Schichten.

Alle Ausführungspläne werden in dieser Phase ständig durch die BLS AT validiert. Kreativität und Unternehmergeist helfen in dieser Phase, einzelne Detailprojekte zu verbessern.

Eine Schulung des Personals des Betreibers sichert den Know-how-Transfer.

Die eigentlichen Arbeiten beginnen im Herbst 2004, als die ersten Container auf dem ehemaligen von Roll Areal in Bern zusam-mengestellt werden. Dieses externe Zusammenstellen von Komponenten zu funktionierenden Einheiten ver-mindert den sonst schon überla-steten Verkehr im Tunnel während der Bauzeit. Für die Verlegung und Montage des gesamten Materials bleiben also kaum 2 Jahre Zeit. Eine minutiöse Planung ist die Voraussetzung für ein gutes Gelingen!

Am Ende der zwei jährigen Ausfüh-rung wird die gesamte Anlage schritt-weise in Betrieb genommen werden. Das Pflichtenheft sieht eine neuwerti-ge Installation vor, d.h. Anlageteile, die während der Bauphase Schaden genommen haben oder verschmutzt worden sind, sind auszuwechseln bzw. zu reinigen. Die anschliessen-den Prüfungen garantieren einen einwandfreien Betrieb.

Im Frühjahr 2007 wird die funk-tionstüchtige Anlage termingerecht an den Betreiber, die BLS AG, übergeben.

Baueinsatzplan der ersten Schicht – Einzug der Vorseile für das 132-kV-Kabel

Bild 5.

Energiekabel 132 kV 16.7 Hz Länge 2000 m 30 min 90 min 90 min 90 min 30 min 30 min

Einbauleistung pro Tag 7.00h 7.30h 8.30h 9.00h 9.00h 10.00h 10.30h 10.30h 11.30h 12.00h 12.30h 12.30h 12.30h

0.5h Einfahrt

1.5h Einzug Vorseil 2x1’000m parallel 18m/min.

1.5h Einzug Hauptseile 2x1’000m parallel 18m/min.

1.5h Einzug Vorseil 2x1’000m parallel 18m/min.

0.5h Vorbereitung Kabelzug 132 kV

0.5h Ausfahrt

P KKS

V ZKSV Z

KSV

KS KS

2’000m

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NACHHALTIG

Anfang September 2003 wurde das 50-kV-Öl-Seekabel, das im Thunersee von Spiez nach Oberhofen führt, durch einen Unterwassergeländeabriss beschädigt. Das gerissene Öl-Papier-Kabel mit Baujahr 1962 ist vom Typ PoPbfT-FF 3x95 mm2

mit einem Bleischirm und einer Armierung. Es war für eine Leistung von 31,5 MVA ausgelegt. Damit die Stromversorgung im Gebiet sichergestellt ist und das Öl den See nicht verschmutzt, entschliesst sich die BKW FMB Energie AG, das Kabel umgehend zu bergen und ein neues zu verlegen. Die Firma Nexans Schweiz AG wird mit der Fehlersuche, der Bergung und der Neuinstallation beauf-tragt. Bild 6 zeigt den im See

Unser Beitrag an die Umwelt – Ölkabel-Bergung aus dem Thunersee

unterbrochenen 50-kV-Ring und die 16-kV-Zuleitungen im betroffe-nen Gebiet. Durch den Ausfall der Seeleitung ist die n+1 Sicherheit nicht mehr gewährleistet. .

Mit Hilfe einer Widerstands-messung und der Zeitbereichs-reflektometrie wird der Fehler gesucht. Dabei werden zuerst die Widerstände der einzelnen Leiter zum Schirm (Erde) und zwischen den einzelnen Phasen gemessen (siehe Tabelle I ). Die Messwerte zeigen einen satten dreiphasigen Erdschluss. Das austretende Öl sowie der Kurzschluss zwischen den Phasen lassen darauf schlies-sen, dass der Kabelmantel zerstört wurde und die drei Leiter mit Wasser in Kontakt sind. Da der Widerstandswert zwischen den Phasen R und T kleiner als 100 Ω ist, kann der Fehler mit der Nieder-spannungsreflektometrie lokalisiert

Zuerst den Fehler finden

RichtungSteffisburg

50-kV-NetzOberland Nord

RichtungSpiezmoos

RichtungWimmis

G

16 kV

UST Spiez

16 kV

UST Oberhofen

50-kV-Seekabel

Phase R S T R

Phase-Erde 200 Ω 800 Ω 200 Ω

Phase-Phase 1000 Ω 700 Ω 10 Ω

Wiederstandmessung

Tab. 1.werden. Die Reflexionsmessungen zeigen, dass der Fehler ca. 900 m vom Kraftwerk Spiez entfernt liegt. An dieser Stelle ist der Thunersee etwa 120 m tief – für Taucher zu tief. Diese tauchen mit Mischgasen maximal 65 m. Die Schadensstelle wird deshalb

50-kV-Versorgungsring um Thun mit Unterstationen (UST) Oberhofen und Spiez

Bild 6.

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Von der Nexans Schweiz AG wird verlangt, dass das defekte Kabel vollständig entfernt wird, ohne dass Öl aus dem Kabel austritt – weder im Wasser noch an Land. Der See darf ausser-dem nicht durch die Sedimente getrübt werden, die am Kabel haften. Da sich die Wetterlagen am Thunersee schnell ändern, darf die Bergung nicht lange dauern. Basierend auf all diesen Anforderungen beschliesst Nexans das Kabel in zwei Etappen zu bergen. In einer ersten Etappe wird das Kabel im Uferbereich geschnitten, abgedichtet und aus-gezogen.

In der zweiten, grösseren Etappe wird die Kabelstrecke im See entfernt. Um das Risiko eines Ölaustritts zu minimieren, sollte eigentlich das Öl vor dem Bergen abgesaugt werden. Durch die tiefe Wassertemperatur von ca.

4 °C in 170 m Tiefe ist die Visko-sität des Mineralöls hoch, zusätz-lich verhindert das Ansaugen von Sedimenten das vorzeitige Entleeren des Kabels.

Da Öl leichter als Wasser ist, kann das gefüllte Kabel trotzdem ohne Risiko geborgen werden. Die spezi-fische Dichte des Mineralöls beträgt 0,87 kg/dm3, somit verhindert der Druck der Wassersäule ein Austreten des Öls. Das Kabel muss nicht in einer aufwändigen Operation unter Wasser repariert werden. Das gefüllte Kabel wird auf einem Ponton direkt aufgewickelt, um es in einer möglichst kurzen Zeit zu bergen. Zeitaufwändige Kabelschnitte wer-den minimiert – und damit auch das Risiko eines Ölaustritts. Für die Bergung wird ein LKW mit Aufrollvorrichtung auf einem Ponton mit 200 t Nutzlast befestigt. Die Aufrollvorrichtung weist eine maxi-male Zugkraft von 7000 daN auf.

Bergen, ohne dass Öl ausläuft

mit Unterwasserkameras besich-tigt. Die Bilder erweisen sich aber, abgesehen von Kratern mit Durchmessern von einigen Metern, als wenig aufschlussreich. Das Kabel ist auf den Aufnahmen nir-gends zu sehen.

Der Energieversorger will das Ölkabel aus Umweltschutzgründen bergen. Dazu braucht er Informationen über das tatsächliche Kabeltrassee im See, die Dicke der Sediment-Überdeckung sowie über andere Kabelverbindungen und Objekte, die die defekte Leitung kreuzen. Das Kabeltrassee wird mit Hilfe der Tieffrequenzechometrie bestimmt, die 3 - 3,5 m in die Sedimente eindringt. Sie lässt auf eine Sedimentschicht zwischen 0,2 und 2,5 m schliessen. Nach

Abschätzungen und Vergleichen mit der Topologie werden stellen- weise sogar Überdeckungen von bis zu 4,5 m angenommen. Geologische Untersuchungen der Sedimente ergeben, dass das Kabel schätzungsweise mit 1500 daN im Sediment zurückgehalten wird. Abgesehen von einem 16-kV-Kabel, das im Küstenbereich auf der Spiezer Seite im Abstand von einigen Metern parallel zum defek-ten Kabel verläuft, werden durch Katasterauszüge keine Kreuzungen durch andere Objekte festgestellt.

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Unter Berücksichtigung des Kabelgewichts (16,4 kg/m), des Auftriebs und der entsprechenden Seetiefe ergibt die Aufzeichnung der Zugkräfte, dass das Kabel mit 500 bis 2200 daN im Schlick zurückgehalten wurde. Die Bergung des Seekabels dauert 4 Tage. Der Ponton folgt durch das Aufrollen automatisch dem Kabel. Dabei werden Längen von 873, 1244 und 540 m von Oberhofen her bis zur Fehlstelle gehoben. Die aufgezeichneten Zugkräfte zei-gen, dass das Kabel bereits vor dem Bergen an der Schadensstelle

gerissen war. Das letzte Teilstück (843 m) wird von Spiez her gebor-gen. Ein GPS (Global Positioning System) überwacht die Position des Pontons während der ganzen Bergung. Dabei wird die Position ständig mit dem vorab aufgenom-menen Trassee verglichen. Zu gros-se Abweichungen oder ein Drehen um die Achse mit hohen Kräften am Fusspunkt des Kabels im Sediment können damit verhindert werden.

Bild 7 zeigt den mittels GPS auf-genommenen Verlauf des Pontons bei der Bergung im Bereich des Fehlers. Gut ersichtlich sind die beiden um ca. 100 m getrenn-ten Positionen, die in etwa den Positionen der beiden Kabelenden auf dem Seegrund entsprechen. Eine solch extreme Trennung der Kabelenden deutet auf einen Unterwassergeländeabriss hin, der zum Bruch des Kabels führ-te. Der „parallele“ Verlauf zu den Höhenlinien sowie die vom Hang wegweisende Richtung der Kabelenden unterstützen die Hypothese.

Das Kabel ist gerissen

Diese wird zusätzlich durch die nachträgliche Untersuchung der gerissenen Stelle ( vgl. Bild 8) im Labor der Firma Nexans erhärtet. Bild 9 a und b zeigen duktile Brüche sowohl auf den Leiterdrähten als auch auf der Armierung. Diese Bruchform tritt bei überhöhten Zugkräften auf.

GPS-Aufzeichnung der Fahrt des Pontons während der Bergung

Bild 7.

N

S

EO

120

135

150

30456075

90105

15

Oberhofen

165

1530

45

607590

105

120135150

165

Spiez

1. Tag873 m

2. Tag1244 m

3. Tag540 m

4. Tag843 m

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Die Bruchkraft des Leiters lag bei 5700 daN und diejenige eines Flachdrahts bei 180 daN, so dass bei 63 Flachdrähten und unter Vernachlässigung aller anderen Schichten eine durch den Gelände-abriss verursachte Bruchkraft von mindestens 17000 daN auf das Kabel einwirken mussten.

INNOVATIV UND KREATIV

Das durch die Schlammlawine beschädigte Kabel (vgl. Kapitel „Nachhaltig“ ) muss ersetzt wer-den und verlangt nach einer kun-denspezifischen, kreativen und technisch ausgereiften Lösung.

Unser Beitrag zu kundenspezifischen, schlüsselfertigen Projekten – Verlegung eines Rohrblocks und Neuinstallation der Kabelanlage im Thunersee

Um die n+1 Versorgungssicher-heit am rechten Thunerseeufer wieder herzustellen, muss der unterbrochene Ring (vgl. Bild 6) geschlossen werden. Das neue Kabel soll also möglichst schnell in Betrieb genommen werden. Folgende Kriterien gelten:

Ein neues Kabel muss her

● Umweltverträgliche Lösung

● Erhöhte Versorgungssicherheit

● Schnelle Inbetriebnahme

● Lange Lebensdauer

● Ökonomisch vertretbare Lösung

Teil der gerissenen Stelle

Bild 8.

Bild 9a.

Duktile Brüche der Kupferdrähte ...

Bild 9b.

… und des Stahlflachdrahtes

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Eine neue Seekabelverbindung kristallisiert sich als beste Lösung heraus. Für diese Variante gibt es grundsätzlich zwei Lösungen:

1. Kabel direkt absenken

2. Zuerst einen Rohrblock ver-legen und anschliessend die Kabel einziehen

Bei der ersten Variante sind die Investitionskosten kleiner, zum Schutz des Kabels sollte dieses jedoch armiert werden. Dadurch werden der Kabeldurchmesser und das Gewicht erhöht und die maximale Kabellänge, die am Stück transportiert werden kann, wird kleiner. Bei diesem Projekt hätte dies zu einer wesentlich schwereren – und damit teureren – Verlegeinfrastruktur geführt.

Werden die Kabel in Rohren verlegt, sind zwar die Gestehungskosten durch die vorgängige Montage und Absenkung des Rohrblocks höher. Das Kabel selbst hat jedoch einen kleineren Durchmesser, ist damit leichter und kann in längeren Einheiten transportiert werden. Der Rohrblock bietet den gewünsch-ten Schutz und eine erhöhte Redundanz, wenn ein zusätzliches viertes Rohr verlegt wird. In das Zusatzrohr können Kommunikations- oder Mittelspannungsleitungen eingezogen werden, oder bei einem Unterbruch ein Ersatzkabel. Aufgrund dieser Überlegungen wird zwischen Spiez und Oberhofen ein Rohrblock abgesenkt, in den ein Kabel ununterbrochen auf der gesamten Strecke zwischen den Unterstationen eingezogen wird.

Der Rohrblock besteht aus vier HDPE-Rohren (Ø 160 / 130,8 mm), in die die Kabel eingezogen werden. Die Wahl der Rohre wird durch die gros-se Seetiefe (170 m) und die Verlegungsart bedingt. Eine ausgebildete Equipe schweisst die 20 m langen Stangen an Land zu Rohrlängen von jeweils 360 m zusammen. Es werden Stangen eingesetzt, da sie bes-ser transportierbar sind und der Rohrblock einfacher ausgerichtet werden kann. Der Montage- und Lagerort beeinflusst hingegen die Rohrlänge von 360 m. Vier von diesen Rohrlängen werden bei der Montage der Gewichte zu einem Modul zusammengestellt (Bild 10).

Die Gewichte (45,5 kg/Gewicht alle 6 m) dienen zur Stabilisierung des Rohrblocks im Wasser wäh-rend der Verlegung sowie auf

Rohrblock montieren und verlegen

dem Seegrund beim nachträgli-chen Einzug der Kabel. Zehn von diesen Modulen werden zusam-mengestellt und an einer windge-schützten Stelle zwischengelagert.

Die Schifffahrt fordert eine ständi-ge Befahrbarkeit des Thunersees. Deshalb wird der Rohrblock in zwei Etappen abgesenkt. Am

Montiertes Gewicht

Bild 10.

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ersten Tag werden 5 der 360 m langen Module auf den See geschleppt. Durch die Luft in den Rohren schwimmen sie auf dem Wasser. Eine von Nexans hergestellte Plattform dient zum Zusammenstellen der einzel-nen Module (Bild 11). Ein zum Voraus positionierter Ponton hilft beim Abspannen des Rohrblocks. Nach dem Abspannen wird die-ser durch das Einfüllen mit Wasser von Nexans metergenau auf das gewünschte Trassee abge-senkt. Taucher überwachen den Absenkvorgang im Uferbereich, bei grossen Seetiefen kommt eine Kamera mit Echolot zum Einsatz. Das Trassee wurde vorgängig ein-gehend studiert – der Rohrblock kann in der Falllinie abgesenkt werden. Eine genügend grosse Distanz zu den Zuflüssen in den See vermindert die Risiken in den Uferbereichen.

Der 4-er Kabelrohrblock wird an Land von einem Muffenschacht bis in die Unterstationen Spiez und Oberhofen verlängert. Auf Seite Oberhofen gestaltet sich der Bau aufwändig, die Strasse und ein Bach werden mit einem Stahlrohrvortrieb unterquert. Zudem muss der Betonbelag auf der Zufahrtstrasse zur Unterstation auf-gebrochen und erneuert werden.

Das Kabel vom Typ XAluWET 1x240 mm2, 60 kV (Bild 12) mit einer dreifach extrudierten XLPE Isolation genügt den technischen Anforderungen (Tabelle 2) des 50-kV-Netzes des Betreibers sowie der IEC-Norm 60840. Es ist dafür ausgelegt, dass es in einem See verlegt wird. Der nahtlos extrudier-te Aluminiumwellmantel kann einen

Neue Kabel ohne Öl

hohen Kurzschlussstrom tragen und hält dem Wasserdruck auf dem Seegrund mechanisch stand. Die unter dem Wellmantel aufge-brachten Quellbänder dichten das Kabel längsseits ab, die darüber liegende Bitumenschicht schützt den Aluminiumschirm vor Korrosion. Der äussere Polyethylenmatel bildet einen weiteren mechanischen Schutz.

Bild 11.

Bild 12.

Der Rohrblock wird von Nexans auf dem Thunersee zusammengestellt und abgesenkt.

Kabel mit extrudiertem Aluminiumwellmantel

(XAluWET 1x240 mm2, 60 kV)

Cu-Leiter

Halbleiter

Halbleiter

Extrudierter Al-Mantel

Quellbänder

XLPE-Isolation

Bitumenschicht mit HDPE-Mantel

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Die von Nexans Schweiz durchge-führten thermischen Berechnungen zeigen, dass bei einer einsei-tigen Schirmerdung (reduzierte Schirmverluste) und bei einem Nennstrom von 480 A (SN = 41,6 MVA) im Landbereich ein Querschnitt von 240 mm2 nötig ist. Derselbe Querschnitt wird auch im See verlegt, obwohl 150 mm2 im See thermisch genügen wür-den. So kann die Kapazität der Verbindung später erhöht werden und das 240-mm2-Kabel ist stabil genug, damit es über die gesam-te Stecke eingezogen werden kann. Vorgängige Berechnungen ergeben maximale Zugkräfte von 2035 daN. Dabei muss gleich-zeitig auf dem Leiter wie auf dem Aluminiumwellmantel gezogen werden. Der Aluminiumwellmantel erhöht die zulässige Leiterzugkraft von 1440 daN um 700 daN. Die maximal beim Kabeleinzug ge-messene Kraft beträgt 1970 daN, stimmt also gut mit den Be- rechnungen überein. Durch dieses Vorgehen können Muffen einge-spart werden. Trotzdem werden an beiden Seeufern Muffenschächte erstellt, denn der Rohrblock sinkt nachträglich noch tiefer in den Schlick auf dem Seegrund ein und braucht damit die Kabelreserve im Muffenschacht. Zudem können später einmal Kabel mit einem grösseren Querschnitt an Land zwischen der Unterstation und dem Seeufer eingezogen werden, um die Kapazität der Leitung zu erhöhen.

Bild 13 zeigt das Konzept der Kabelanlage zwischen den Unterstationen Spiez und Ober-hofen. Eine einseitige Erdung im Seebereich hätte induzierte Span- nungen von bis zu 13 kV (0,1813 V/Akm) zur Folge. Aus diesem Grund wird die Seestrecke in den Muffenschächten beidseitig geerdet. Im Landbereich ist der Kabelmantel einseitig über den Mantelüberspannungsableiter geer-det, um die thermische Belastung und damit die Verluste zu redu-zieren. Die Kabelendverschlüsse sind vom Typ FR 1.72-11/0, also Silikonendverschlüsse mit Stützeigenschaften (Glasfaserrohr). Anschliessend an die Montage werden die drei Phasen des Kabels von einem Prüfinstitut mit Hilfe einer Resonanzanlage während 30 Minuten mit einer Spannung von 72 kV getestet. Der Kabelmantel wird einer einminütigen 20-kV-DC-Spannungsprüfung unterworfen. Die Nexans Schweiz AG über-gibt die gesamte Anlage mit einer Trasseelänge von 3940 m Ende Juli 2004, nur 11 Monate nach dem Unterwassergeländeabriss, an die BKW FMB Energie AG.

Anforderung

Nennspannung U/U 60/36 kV

Blitzstossspannung 325 kV

Dreiphasen-Kurzschlussstrom 20 kA/s

Max. Aussendruck 17 bar

Max. Prüfaussendruck 32 bar

Technische Anforderungen an das Kabel

Tab. 2.

Thuner See

UST Oberhofen UST Spiez

Bild 13.

Konzept der Seekabelverbindung mit Zwischenerdungen

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