Hochspannungs- und Höchstspannungskabel: Wichtige Designfaktoren und neueste Materialinnovationen
Die Welt bewegt sich rasant in Richtung sauberer Energie und moderner Stromnetze. Da Länder in erneuerbare Energien und größere Übertragungssysteme investieren, steigt die Nachfrage nach Hochspannungs- (HS) und Höchstspannungskabeln (EHV). Diese Kabel bilden die Grundlage für eine leistungsstarke und weitreichende Übertragung. Ohne sie könnten Städte und Industrie nicht problemlos Strom von weit entfernten Windparks, Solaranlagen oder Wasserkraftwerken beziehen.
Hochspannungs- vs. Höchstspannungskabel
Um ihre Bedeutung zu verstehen, ist es hilfreich, den Unterschied zwischen Hochspannungs- und Höchstspannungskabeln zu kennen. Hochspannungskabel werden hauptsächlich für die Stromübertragung zwischen Regionen und Städten verwendet. Sie können einen starken elektrischen Strom über eine mittlere Distanz übertragen.
Und Kabel mit Höchstspannung sind wesentlich moderner. Sie können deutlich höhere Leistungen übertragen. Deshalb werden sie für die Übertragung über große Entfernungen und mit hoher Kapazität eingesetzt. Höchstspannungskabel werden häufig in überregionalen Projekten oder in Unterseekabeln zur Stromübertragung zwischen Ländern eingesetzt.
Wichtige Designfaktoren
Hochspannungs- und Höchstspannungskabel haben eine komplexe Architektur. Sie müssen jeden Teil des Kabels sorgfältig auswählen, um optimale Leistung, Sicherheit und Erschwinglichkeit zu erzielen.
Leiterstruktur
Der Leiter ist das Herzstück des Kabels. Er besteht üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium. Kupfer gilt als der beste Stromleiter, ist aber auch schwerer und teurer. Aluminium hingegen ist leichter und günstiger, benötigt aber einen größeren Querschnitt, um den gleichen Strom zu leiten.
Ingenieure treffen Entscheidungen häufig auf Grundlage der technischen und finanziellen Anforderungen des Projekts. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Leiters müssen stark genug sein, um den Belastungen während der Installation und des Betriebs sehr großer Kabel standzuhalten.
Isoliermaterialien
Die Isolierung schützt den Leiter vor Durchschlägen. Das gängigste Material ist XLPE (vernetztes Polyethylen). XLPE bietet viele Vorteile, wie z. B. hohe Hitzebeständigkeit und hervorragende elektrische Leistung. Andere Isolierungsarten sind beispielsweise gas- oder ölimprägniertes Papier, das heute jedoch weniger verbreitet ist.
XLPE ist weltweit die erste Wahl, da es Effizienz und Haltbarkeit bietet und vor allem einfacher zu installieren ist.
Abschirmung und Ummantelung
Schirm und Außenmantel sind die beiden wichtigsten Schichten. Die Metallabschirmung trägt dazu bei, das elektrische Feld im Kabel stabil zu halten und so das Risiko eines Durchschlags zu verringern. Der Außenmantel schützt vor Wasser, Rost und anderen Schäden, wie z. B. mechanischen Einflüssen.
Bei vielen Projekten muss die Außenhülle chemikalien- und witterungsbeständig sein, insbesondere bei Kabeln, die unter Wasser oder unter der Erde verlegt werden.
Mechanische und thermische Stabilität
Bei der Übertragung großer Strommengen erhitzen sich Kabel und dehnen sich aus. Konstrukteure müssen die Wärmeausdehnung kontrollieren und sicherstellen, dass das Kabel diesen Belastungen standhält. Gleichzeitig muss das Kabel bei der Verlegung die Anforderungen an die mechanische Festigkeit erfüllen, sei es in der Tiefsee oder in städtischen Tunneln.
Materialinnovationen
Bei Kabelmaterialien wurden in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt. Diese neuen Ideen verändern die Art und Weise, wie Hoch- und Höchstspannungskabel in Zukunft hergestellt werden.
Um dielektrische Verluste zu reduzieren und die Spannungsfestigkeit zu erhöhen, wurde Hochleistungs-XLPE entwickelt. Dadurch funktionieren Leitungen besser und halten über lange Strecken länger. Ein weiteres spannendes Feld ist die Nanokompositisolierung. Durch die Zugabe von Nanopartikeln zum Material können Hersteller Isolierungen mit höherer Alterungs- und Hitzebeständigkeit herstellen.
Auch umweltfreundliche Mantelmaterialien werden immer beliebter. Moderne Designs verwenden raucharme, halogenfreie Verbindungen, die flammhemmend und recycelbar sind. Diese Materialien sind sicherer für den Menschen und besser für die Umwelt.
Fertigung und Qualitätskontrolle
Die Herstellung von Hoch- und Höchstspannungskabeln ist nicht einfach. Die korrekte Durchführung der Extrusions- und Vernetzungsprozesse ist äußerst wichtig, da selbst kleine Fehler im Feld zu Ausfällen führen können. Deshalb ist die Qualitätskontrolle so wichtig und umfasst Tests auf Teilentladung und Spannungsfestigkeit.
Internationale Normen wie IEC, GB und IEEE regeln den Produktionsprozess. Diese Normen stellen sicher, dass die Kabel den globalen Anforderungen entsprechen.
Anwendungsfälle
Hoch- und Höchstspannungskabel haben in vielen Projekten eine wichtige Rolle gespielt. Chinas Hochspannungsübertragungsprojekte gehören beispielsweise zu den größten der Welt. Sie haben bewiesen, dass Höchstspannungskabel erneuerbare Energie aus weit entfernten Gebieten in Großstädte transportieren können.
Unterseekabel verbinden Stromnetze zwischen Ländern und tragen so dazu bei, Angebot und Nachfrage im Zaum zu halten. Und unterirdische Hochspannungsnetze in Städten werden verbessert, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, ohne das Erscheinungsbild der Gebiete zu verändern.
Zukünftige Trends
Die Forschung an supraleitenden Kabeln und neuen Isoliermaterialien wird auch in Zukunft fortgesetzt. Mit der zunehmenden Verbreitung erneuerbarer Energien steigt auch der Bedarf an zuverlässigen Hoch- und Höchstspannungskabeln. Dank digitaler Überwachung und Smart-Grid-Technologie wird die Branche intelligentere und besser vernetzte Kabelsysteme entwickeln.
Abschluss
Hoch- und Höchstspannungskabel sind mehr als nur Drähte. Sie sind von großer Bedeutung für die weltweite Energiewende und dafür, Stromnetze stärker, sauberer und intelligenter zu machen. Der Wettbewerb wird auch weiterhin auf Materialinnovationen basieren, da neue Designs die Funktionsweise verbessern, sicherer und nachhaltiger machen.