Technologiewandel: Stärkerer Fokus auf Nachhaltigkeit und Innovation im Kabel- und Leiterdesign

Der Energiesektor verzeichnet einen Anstieg der Nachfrage nach Kabeln und Leitungen, der insbesondere durch das Wachstum erneuerbarer Energien vorangetrieben wird. Das zunehmende Wachstum der Solarenergie hat zu einem Anstieg der Nachfrage sowohl nach Niederspannungs- als auch nach Hochspannungskabeln (HV) geführt. Darüber hinaus ist die Nachfrage nach Hochleistungskabeln und -leitern gestiegen, da Smart-Grid-Installationen aufgrund des überarbeiteten Distribution Sector Scheme und anderer Dachprogramme an Dynamik gewinnen. Ein genauerer Blick auf die jüngsten Technologietrends in diesem Bereich.

Kabel

Kabeldesign und -materialien haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt, wobei trocken extrudierte Kabel zunehmend nasse, papierisolierte Kabel ersetzen. Es gab eine sichtbare Verlagerung von Isoliersystemen aus Papier und Öl hin zu Isoliermaterialien auf Basis synthetischer Polymere, Polyethylen (PE) und vernetztem Polyethylen (XLPE). XLPE wird bevorzugt, da es den Betrieb der Kabel bei höheren Temperaturen ermöglicht, was die Strombelastbarkeit erhöht. Es ist auch einfacher zu verarbeiten und zu verwalten. Dielektrische Verluste werden reduziert und die intrinsische elektrische Festigkeit von XLPE ist höher, was ein weiterer Grund für die starke Abhängigkeit davon ist. Früher wurden OF-Kabel mit Papierisolatoren für Spannungen ab 154 kV zur Übertragung von Kraftwerken zu Umspannwerken eingesetzt. Obwohl sie immer noch weit verbreitet sind, werden sie langsam durch XLPE-Kabel ersetzt.

Ein weiterer wichtiger Trend war die Verwendung von Höchstspannungskabeln (EHV). EHV-Kabel sind vielseitig einsetzbar, da sie direkt unter der Erde verlegt werden können. Sie können auch in Kanälen, Gräben und Tunneln vergraben werden. Sie können problemlos für die Übertragung ab 66 kV eingesetzt werden. Sie eignen sich für die Verteilungssysteme von Energieversorgern, stromintensiven Industrien sowie Solar- und Wärmekraftwerken. Sie eignen sich auch für Freileitungen in dicht besiedelten Gebieten. EHV-Kabel werden weiterhin in den neuesten Projekten in Karnataka, Bihar, Madhya Pradesh und Maharashtra verwendet.

Darüber hinaus arbeiten Zulieferer angesichts der wachsenden Nachfrage nach unterirdischer und unterseeischer Elektrifizierung aktiv an der Entwicklung neuer Technologien mit Hochspannungskabeln und dünnerer dielektrischer Isolierung. Mit Hochdruckflüssigkeit gefüllte Rohre, mit Hochdruckgas gefüllte Rohre, in sich geschlossene, mit Flüssigkeit gefüllte/massenimprägnierte Kabel und Ethylen-Propylen-Gummikabel sind einige der neuen Technologien, die in Betracht gezogen werden.

Für spezielle Anwendungsbereiche wurden zudem mehrere neue Kabel entwickelt. Beispielsweise sind Solarkabel speziell für die Ableitung der Sonnenenergie aus Photovoltaikmodulen (PV) konzipiert. Sie bestehen aus Verbunden mehrerer isolierter Drähte, die von einem Außenmantel umgeben sind. Sie sind für hohe ultraviolette (UV) Strahlung und hohe Temperaturen ausgelegt und wetterbeständig. Sie werden normalerweise außerhalb oder innerhalb von Solarmodulen installiert. Diese Kabel werden auf der Gleichstromseite (DC) des Systems angeschlossen. Als Stringkabel werden Kabel bezeichnet, die einzelne PV-Module in einem String zu einem PV-Generator verbinden. Das Haupt-Gleichstromkabel verbindet den Generator-Anschlusskasten mit dem Wechselrichter. Die PV-Energie liegt in Gleichstromform mit niedriger Spannung und hohem Strom vor, was zu prinzipiellen Unterschieden bei Gleichstromkabeln führt. Die Gleichstromkabel, die die Module sowie die Verbindung zwischen dem Generatoranschlusskasten und dem Solarwechselrichter verbinden, sind zweiadrige Kabel, die aus einem stromführenden Kabel – typischerweise einem stromführenden roten Kabel – und einem negativen blauen Kabel bestehen. Beide sind von einer Isolierschicht umgeben.

Mittlerweile bieten elektronenstrahlvernetzte Kabel die Vorteile einer längeren Lebensdauer, einer höheren Temperaturbeständigkeit, einer höheren Strombelastbarkeit, verbesserter physikalischer Eigenschaften und einer geringeren Dicke. Sie verhindern außerdem Brände durch Überlastung oder Kurzschlüsse und retten so wertvolle Leben und Sachwerte. Weitere Vorteile sind die hohe Beständigkeit gegenüber Medien wie Ölen, Kraftstoffen, Säuren und Laugen sowie gegenüber UV- und Ozon. Die Kabel sind halogenfrei und flexibel, mit optimiertem Gewicht und Volumen. Sie werden in Stahlwerken, elektrischen Laufkränen, Schiffen und Kraftwerken eingesetzt.

Dirigenten

Neue Leiter wie Hochtemperatur-Low-Sag-Leiter (HTLS), Hochtemperatur-Supraleiter (HTS), Aluminiumleiter mit Stahlunterstützung, Aluminiumleiter mit Verbundkern, Aluminiumleiter mit Verbundverstärkung und gasisolierte Leitungen (GILs) sind tragfähig Höhere Ströme und Aufrechterhaltung höherer Temperaturen bei begrenzten Wärme- und technischen Verlusten. Während HTSs und GILs im Land noch nicht kommerziell eingesetzt werden, haben die Versorgungsunternehmen Schritte unternommen, um HTLS-Leiter und andere Hochleistungsleiter zu installieren. In Indien werden üblicherweise stahlverstärkte Aluminiumleiter (ACSR) und Vollaluminiumlegierungsleiter (AAACs) für die Stromübertragung auf Freileitungen für das Übertragungs- und Verteilungssystem verwendet.

Bei HTSs wird zur Kühlung eine kryogene Hülle verwendet, bei der es sich um einen wärmeisolierten Mantel mit flüssigem Stickstoff handelt, der das Kabel umgibt und das Gerät kühlt. HTS-Kabel sind zehnmal schmaler als herkömmliche Kabel und Leitungen. Dank dieser Funktionen werden Störungen minimiert, der Einsatz erhöht und die Kosten gesenkt. Da sie keinen Abstand zwischen den Phasen benötigen, sind diese Kabel ein Segen in Gebieten, in denen der Landerwerb ein großes Problem darstellt und die Verteilungsverluste hoch sind. Supraleitende Kabel haben einen Widerstand von Null oder nahezu Null, was die Mühe erspart, die Leiter bei niedrigen Temperaturen zu halten. HTS-Kabel können direkt im Boden vergraben werden, sodass keine Tunnel erforderlich sind und der Boden nicht austrocknen muss, was die Projektabwicklung beschleunigt und die Kosten weiter senkt. Sie reichen auch tiefer als herkömmliche Kabel.

Mittlerweile zeichnen sich HTLS-Leiter durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine höhere Strombelastbarkeit als herkömmliche Leiter aus. Während herkömmliche ACSR- und AAAC-Leiter für den Dauerbetrieb bei Temperaturen von 85 °Celsius bzw. 95 °Celsius ausgelegt sind, können HTLS-Leiter Temperaturen von mindestens 150 °Celsius und bis zu 250 °Celsius standhalten. Darüber hinaus haben HTLS-Leiter eine um 30 Prozent höhere Kapazität als herkömmliche Leiter, und die geringe Durchbiegung bedeutet, dass Masten kleiner sein können. Mit Zirkonium dotierte Aluminiumlegierungen behalten ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen bei, wodurch diese Leiter kosten- und energieeffizient sind und eine höhere Kapazität aufweisen. Bei 400 kV können HTLS-Leiter je nach Leitungslänge Vierbündel-ACSR- und AAAC-Leiter ersetzen. Die vorhandenen Übertragungsanlagen können auch mit HTLS-Leitern neu geleitet werden, wenn sich die Strukturen oder Fundamente vorhandener Leitungen verschlechtert haben oder wenn die Übertragungsleitung modernisiert werden muss. Leitungen über 400 kV müssen jedoch nicht hochgestuft werden, da die vorhandene thermische Nennleistung bereits viel höher ist als die Grenzwerte für den Leistungsfluss aufgrund von Spannungsabfällen und Phasenverschiebungen.

GILs verwenden als Isoliermedium anstelle von Luft Gas mit hoher Durchschlagsfestigkeit, um die elektrische Distanz zu verringern. Die Technologie nimmt in Indien wie in anderen Ländern Fahrt auf. GILs bestehen aus Aluminiumleitern, die von Isolatoren getragen werden, die in versiegelten Rohren untergebracht sind, die mit Stickstoff- oder Schwefelhexafluoridgas unter Druck stehen. Der Hauptvorteil von GILs gegenüber herkömmlichen Erdkabeln ist ihre höhere Nennspannung, wobei Systeme mit einer Nennspannung von bis zu 800 kV weltweit im Einsatz sind. Darüber hinaus sind die Abschlüsse an den Kabelenden in GILs weniger komplex und weniger fehleranfällig. Da außerdem keine physischen Isolationsschichten vorhanden sind, ist die Reparatur und Wartung von GILs im Vergleich zu Erdkabeln einfacher. Derzeit sind GILs auf relativ kurze Distanzen beschränkt, die Technologie wird jedoch für die Überbrückung größerer Distanzen weiterentwickelt.

Energieversorger setzen auch abgedeckte Leiter ein, die eine zuverlässige Stromübertragung gewährleisten. Ummantelte Leiter verwenden ein Isoliermaterial zum Schutz vor unbeabsichtigtem Kontakt mit anderen ummantelten Leitern oder mit geerdeten Teilen wie Ästen. Diese Abdeckung reicht aus, um der Leiter-Erde-Spannung vorübergehend standzuhalten. Ummantelte Leitersysteme, die auf verschiedenen Verteilungsspannungsebenen eingesetzt werden, umfassen ummantelte Leiter aus XLPE/Polyethylen hoher Dichte (einfach oder mehrfach ummantelt), Luftkabelsysteme und Abstandskabel. Die Hauptvorteile umhüllter Leiter gegenüber blanken Frei- und Erdkabeln sind höhere Sicherheit und geringere Kosten.

Abschluss

Wie die aktuellen technologischen Trends und Innovationen zeigen, ist mit einem großen Wandel in Richtung Nachhaltigkeit zu rechnen, der durch Innovationen bei Kabeln und Leitungen erreicht wird. Die Draht- und Kabelindustrie bietet enorme Wachstumschancen, da Energieversorger Netzmodernisierungsprojekte umsetzen und der Einsatz erneuerbarer Energien an Dynamik gewinnt.