HuH-Kabel Ein Vergleich unterschiedlicher Kabeltechnologien · 2015. 5. 9. · HuH-Kabel Ein...

University Duisburg-Essen BCC Cable Consulting

1

HuH-Kabel

Ein Vergleich unterschiedlicher

Kabeltechnologien

Heiner Brakelmann

BCC Cable Consulting

Forum NuN, Frankfurt, 08. Mai 2015, 08:30



2

Zielsetzung:

HVAC-Teilverkabelungen mit

verbesserten Eigenschaften

heute keine:

Stromautobahnen (mit Polymerbeton-Isolierung)

Strom-Super-Highways (mit SF6/N2-Isolierung)


Freileitungen (OHL)

klassische Lösung für den Netzausbau

für alle Spannungsebenen verfügbar

lange Erfahrung mit Errichtung und Unterhalt

geringe Investitionskosten

aber:

Beeinflussung des Landschaftsbildes

elektrische und magnetische Felder

geringe Akzeptanz

Verzögerungen in Genehmigungsverfahren

Unterirdische HuH-Kabel (UGC)

klassische Lösung für städtischen Netzausbau

und für Teilverkabelungen

> 20 Jahre Erfahrung mit XLPE-Kabeln ≥ 380kV

verfügbar bis 500 kV

höhere Akzeptanz

aber:

reduzierte Verfügbarkeit

magnetische Felder und thermische Einflüsse

signifikante Tiefbauarbeiten und Korridore

weniger Erfahrungen im Vergleich zur OHL


4

Trassenbeispiele


PowerTubes-Prinzipien (HVAC + HVDC)

• Erhöhte Verfügbarkeit durch Reservekabel und Umschaltmöglichkeiten

• umweltfreundliche Baumethoden

• Reduktionsmaßnahmen für magnetische und thermische Felder

• Zugänglichkeit bzw. leichte Reparierbarkeit und Austauschbarkeit

• geringe Landinanspruchnahme; kleine Übergangsbereiche

• günstige Trassenführung; Nutzen von Infrastrukturen

• Erleichterung der Genehmigungsverfahren


Nichtverfügbarkeiten von 380-kV-Systemen (mit externen

Einwirkungen) 1 System OHL; 2 Systeme UGC mit 0/1 Reservekabel (RA)


Quelle: Dupré-Bau, Speyer

offene Bauweise


Vortriebslängen: > 1250 m

geschlossenes Bohrverfahren


9

Kosten: 30 % ?

bis zu 800 m/Tag

keine Wasserhaltung

Kosten: 50…70 %

bis zu 100 m/Tag S&P Consult

halboffene Bohrverfahren

PipeExpress Herrenknecht

Anwendung:

PowerTubes im Stahlrohr


Legetiefe 1,5 m; a =

350 mm; I = 2.250 A

Anwendung:

PowerTubes

im Stahlrohr

mit Kühlung:

3500…5500 A


PowerTubes im Leitungsgang:

in Al-Rohren

I = 2x3600 A

A, CH: B < 500 mT



mit schaltbaren Kompensationsleitern

und Kapselung im Muffenbereich


PowerTubes im Leitungsgang: Maximale magnetische Induktion (I = 2x3.600 A) im Durchgang von 1,0 m

mit und ohne Kompensationsleiter, als Funktion des Fehlerfalls (1…6) und der

Phasenfolge: blau: 1-6/1-6; gelb: 1-1/1-1; rot: 1-3/1-3 „1“ = L1-L2-L3; „6“ = L3-L2-L1; „3“ = L2-L3-L1


Leiter-Erde-Spannungen beim Wiedereinschalten

Schirmspannungen beim einpoligen Erdschluss

Schirmspannungen beim Wiedereinschalten

14 Kabel mit Kompensationsleitern:

42 el.magnetisch verkoppelte Leiter


Übergangsfeld für 4 Kabelsysteme mit zwei Reservekabeln Flächenbedarf etwa 1600 m2 ; KEV = Kabelendverschluss; ÜA = Überspannungsableiter;

KW = Kombiwandler ; SS = Sammelschiene; RA Reservekabel

rechts: Südring Amsterdam (ohne Reservekabel)


Übergangsfeld mit Trennschaltern (hier für 1 Kabel-Doppelsystem mit RA)

rechts unten: Seitenansicht bei gekapselter Ausführung


17

Kosten

(Kosten???)


Vollkostenvergleich Normaltrasse (NT)

und PowerTubes-Ausführung

LG = Leitungsgang (3,0 m)

ISK = zweizügiger Infrastrukturkanal


„Schutz einer Landschaft von

„nur“ mittlerer Bedeutung“

Beispiel 1: Riniken

Trassee/Bilder: Bereich Gäbihügel


20

Einflussfaktoren bei

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

2er-Bündel 2x635 Al; Umwegfaktor 1,37

p = 3,75 %; t =1,7 %; 0,0633 €/kWh

reduzierter

Verlust-Mittelwert

3er-Bündel 3x635 Al;

Umwegfaktor 1,0

2er-Bündel 2x635 Al;

Umwegfaktor 1,37


21

2 statt 4 Kabelsysteme (+ 1 RA)

Lieferlängen > 1000 m statt < 500 m

keine Muffen

Zweierbündel 2x635 (hohe Verluste)

Umwegfaktor 1,37

2*1920 A

niedriger interner Zinsfuss p = 3,75 %

Inflationsrate 1,7 %/ 3,5 %

niedrigere Tunnelkosten

niedrigere Kabelkosten

„Kostenfaktor 15“

Investitionskosten-

faktor 5,7…6,8

Vollkostenfaktor 0,9…1,8

Kenngrössen der Vorstudien


Abweichungen der aktuellen Trasse gegenüber der „Gerichtstrasse“:

1. Anhebung des Höchststroms von 2x1.920 A auf 2x2.530 A

Folge: Vier statt zwei Kabelsysteme

2. Senkung der Strom-Mittelwerte von 2x1000 A (52,1 %; kA = 27 %) bzw. 2x850 A (44,3 %)

auf 800 A/500 A (31,6 %/19,8 %; kA = 10 %/4 %)

Folge: Minderung der Verlustmittelwerte und Verlustkosten um > 60 %

3. Südliches Übergangsfeld verlagert

Folge: Trassenverlängerung um rd. 30 % und Bohrungsbereich unter SBB

4. Anschlussabschnitte der Freileitung mit berücksichtigt

5. Mindest-Legetiefe von auf 1,2 m vergrößert

6. Belastungsgrad m < 1,0

7. Keine Re-Investitionen bei der OHL nach 40 a; bei den Kabeln: Metall-Restwerte berücksichtigt

a) aktuelle Trasse (1.120 m+HDD) mit 800 A/500 A: VKF 2,34

b) aktuelle Trasse mit 850 A/850 A: VKF 1,74

c) „Gerichtstrasse“ (950 m) mit 850 A/850 A: VKF 1,13


Beispiel 2:

Gommerleitung


offener Graben:

phase splitting-Anordnung

NISV:

IGW = 100 mT

AGW =1 mT



mit schaltbaren Kompensationsleitern

Vorhandener Wasserstollen (l = 3 km)

(Kompensationsleiter nicht eingezeichnet)


Querung des Binnatals

mit Fussgängerbrücke

Schirmung mit obenliegender Al-Platte

oder mit Stahlkasten


5,6

5,8

3,9 2,9

4,2

4,3

bei 90 km OHL + 10 km Kabel:

VKF : (90x4,8+10x18,7)/(100x4,8) = 1,3


Treibhausgasemission kumulierterEnergieaufwand (KEA)

Ökologische Bewertung

aber: Freileitung hat noch Potential (Leiterseile) !


R2

4,65 m

5,00 mhu

0,0 m 0,2 m 0,6 m 0,8 m

R1

1,00 m

- 0,50 m

R3

1,30 m

R4

4,30 m

2,00 m

? Fernheizleitung

Beseitigung thermischer Engpässe

durch eine Gravitationskühlung

Noch etwas Technik?

oder Schluss??


0 2 4 6 8 10

20

40

60

80

100

120

140

160

hu

c 90°C

ohne Kühlung,

ohne FWQ

°C ohne Kühlung,

mit FWQ

mit Kühlung,

mit FWQ

mit Kühlung,

ohne FWQ

l = 50 m

l = 1000 m0l = 1000 m0

I = 3467 A; m = 0,80

Ertüchtigung thermischer Engpassbereiche

durch eine Gravitationskühlung

H. Brakelmann, V. Waschk

ew, 2015 H2, pp. 58-65


Geplante Anlage in Kanada Dampfleitung (180°C)

MS-ductbank

220-kV-VPE-Kabel

220-kV-ductbank

A novel cooling solution for an intersection of a 2x2

duct bank with hv cables crossed by a steam pipe

H. Brakelmann, G. Anders, S. Cherukapalli

Jicable, Versailles, June 2015

HuH-Kabel Ein Vergleich unterschiedlicher Kabeltechnologien · 2015. 5. 9. · HuH-Kabel Ein...

Documents

Transcript of HuH-Kabel Ein Vergleich unterschiedlicher Kabeltechnologien · 2015. 5. 9. · HuH-Kabel Ein...