145-kV-Kabel- anschluss- systeme an Hochspannungs - Pfisterer

netzpraxis
VWEW Energieverlag GmbH: www.vwew.de
Sonderdruck (Nr. 06 145) aus Jg. 45 (2006), Heft 1-2, S.30-32
145-kV-Kabelanschlusssysteme
an
Hochspannungsschaltanlagen
von Dr. Rolf Maier, Dipl.-Ing. Martin Schuster
und Dr. Thomas Klein

np FACHTHEMA
Anschlusstechnik
145-kV-Kabelanschlusssysteme
an Hochspannungsschaltanlagen
Die Verfasser beschreiben eine der Schnittstellen
in gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen
(GIS), den Kabelanschlussbaustein,
aus Sicht des Herstellers der
Schaltanlage, des Herstellers des Kabelanschlusses
sowie aus Sicht der Normung.
Hochspannungsschaltanlage mit
Kabelanschluss
Bereits bei der Planung von Hochspannungsschaltanlagen
muss vermehrt
auf die Kosten und Dauer
der Montage und Inbetriebsetzung
geachtet werden. Die Verlagerung
von Montagearbeiten von der Baustelle
ins Werk, unter Einsatz vorgefertigter
und vorgeprüfter Komponenten,
ist ein Weg zur Reduzierung
der Montagezeiten bei gleichzeitiger
Verbesserung der Produktqualität.
Speziell bei Spannungsebenen
bis 145 kV besteht ein Schaltfeld, je
nach Aufbau und Transportmöglichkeit,
aus ein bis drei »Versandeinheiten«,
die vor Ort zusammengesetzt
werden müssen. Bei kleinen
Schaltanlagen, z. B. für Blockkraftwerke
oder Windkraftanlagen werden
vor Ort, bis auf den Einbau der
Kabelanschlussbuchsen, keine Arbeiten
mehr am Gasraum durchgeführt.
Werden die Kabelanschlussbuchsen
bereits im Werk eingebaut und
geprüft, bei 145 kV Nennspannung
beträgt die Prüfspannung 275 kV, so
führt man diese Arbeiten unter
deutlich besseren Arbeits- und Umgebungsbedingungen
aus. Eine
Öffnung dieses Gasraumes auf der
Baustelle ist nicht mehr erforderlich.
Diese Vorgehensweise schlägt
sich in der Qualität des Gesamtsystems
nieder (Bild 1).
Dr. Rolf Maier, Leiter Produktion, Siemens AG,
Power Transmission and Distribution, Berlin;
Dipl.-Ing. Martin Schuster ist Geschäftsführer und
Dr. Thomas Klein Leiter Verkauf, Produktmanagement & Entwicklung
bei Pfisterer Kontaktsysteme, Winterbach
Voraussetzung für den termingerechten
Einbau im Werk ist eine zuverlässige
Logistik zwischen dem
Lieferanten des Kabelanschlusssystems
und dem Schaltanlagenhersteller.
Beim Einbau im Werk werden
die Buchsen vier bis acht Wochen
früher benötigt, als bei einem
Einbau auf der Baustelle. Dies stellt
an die Planungsgenauigkeit aller
stromkabelseite finden sich dieselben
Festlegungen in DIN 47 636 für
den Außenkonus und in DIN 47 637
für den Innenkonus, was die Anwendungen
in GIS einschließt. Ohne
Kabelanschluss kann ein eingebauter
Geräteanschluss als »halbe
Durchführung« nicht an Spannung
betrieben werden. Andererseits erlaubt
diese aus dem Gerät heraus
verlegte, genormte Schnittstelle das
Aufstecken von passenden Kabelanschlussgarnituren
beliebiger Hersteller.
Der Anwender ist frei in der
Auswahl der passenden Stecktechnik.
Der Hersteller muss bei der
Bild 1: Beispiel eines Schaltfeldes mit drei Kabelabgängen
Partner und an die Lieferfähigkeit
des Herstellers des Kabelstecksystem
erhöhte Anforderungen.
Stand der Normung
Für Mittelspannungsanwendungen
sind die Maßvorgaben für
Gerätebauformen und -schnittstellen
für alle Arten von Durchführungen
von Transformatoren in DIN
EN 50 180 für flüssigkeitsgefüllte
und in DIN EN 50181 für alle anderen
Trafos angegeben. Hierin finden
sich sowohl die Durchführungen
für Freileitungsanschlüsse als
auch die Durchführungen für Kabelanschlüsse.
Bei letzteren werden
sechs Typen für das Außenkonusund
vier Typen für das Innenkonussystem
definiert. Von der Stark-
Projektierung der Anlage nicht wissen,
welches Kabel letztendlich angeschlossen
werden soll. Diese Praxis
hat sich aufgrund der klaren
Trennung von geräteseitigen und
kabelseitigen Bauteilen seit mehr
als 15 Jahren bestens bewährt. An
dieser echten Schnittstelle ist nicht
nur mit der passenden Technik
vollständige Kompatibilität gegeben,
sondern auch eine Entkopplung
im Projektablauf bei der Erstellung
von Anlagen durch klare
Trennung der Verantwortungsbereiche
geregelt. In Hochspannungsanwendungen
gibt es bis heute keine
vergleichbare Regelung für die
Schnittstelle in steckbaren Durchführungen
für Kabelanschlüsse.
Seit etwa 20 Jahren gibt es mit IEC
60 859 eine Technische Spezifikati-

on, die für zwei Baureihen Einbaumaße
festlegt. Unterschieden werden
die nassen Kabelendverschlüsse
und die trockenen steckbaren
Kabelanschlüsse. Die Kontaktelemente
sind nur zum Teil und die dielektrischen
Bereiche sind maßlich
überhaupt nicht festgelegt.
Damit sind Austauschbarkeit oder
Kompatibilität nicht gegeben, geräteseitiges
und kabelseitiges Bauteil
müssen von einem Hersteller
bezogen werden. Dieser Sachverhalt
konnte leider auch bei der zurzeit
laufenden Überarbeitung der
IEC 60 859 nicht beseitigt werden.
Bild 2: Kabelanschlusssystem während des Steckvorganges
Mit der unter der neuen IEC
Nummer (IEC 62 271-305, Ed. 1:
Cable connections for gas-insulated
metal-enclosed switchgear for rated
voltages of 72,5 kV and above –
Fluid-filled and extruded insulation
cables – Fluid-filled and dry type
cable-terminations) erscheinenden
Norm werden weiterhin nur Einbauabmessungen
für die Anschlussräume
in GIS vorgegeben, die Definition
einer echten Schnittstelle
zwischen geräteseitigem und kabelseitigem
Bauteil der Durchführung
wurde nicht erreicht. Verschiedene
Herstellerlösungen werden weiterhin
um Marktanteile ringen, Austauschbarkeit
und Kompatibilität
sind auf der Strecke geblieben.
Beschreibung des Kabelanschlusssystems
Das HV-Connex-Kabelanschlusssystem
dient zum Anschluss von
kunststoff-isolierten Einleiterkabeln
an elektrische Betriebsmittel
wie gasisolierte Schaltanlagen und
Transformatoren. Wie in Bild 2 dargestellt,
besteht das System aus ei-
nem kabel- und einem geräteseitigen
Bauteil.
Die Steckbuchse ist das geräteseitige
Bauteil der elektrischen
Durchführung und wird in die
Schaltanlage oder den Transformator
eingebaut. Sie besteht aus der
Kontaktbuchse sowie dem Isolierkörper
aus Gießharz, in den die
feldsteuernden Elemente eingegossen
sind. Bei der Auswahl der passenden
Größe sind Nennspannung
und Nennstrom der Anlage zu
berücksichtigen.
Das Kabelanschlussteil ist das kabelseitige
Bauteil der elektrischen
Durchführung. Es besteht aus dem
Kontaktsystem, dem Isolier- und
Absteuerteil aus hochflexiblem Silikonkautschuk
und einem metallischen
Gehäuse. Das Isolier- und
Absteuerteil wird in seinen Abmessungen
auf die Isolierwandstärke
des zugeordneten Kabels abgestimmt,
vorgefertigt, vorgeprüft
und bei der Montage auf die Kabelisolation
aufgezogen. Es übernimmt
die Steuerung des elektrischen
Feldes am abgesetzten Kabelende
und dichtet durch Formschluss
die Fugen zur Kabelisolation
und zur Steckbuchse elektrisch
zuverlässig ab.
Bei der Montage wird das Kabelanschlussteil
in das Geräteanschlussteil
gesteckt und damit die
elektrische Durchführung komplettiert.
Die Verschraubung sichert die
dauerhafte mechanische und elektrische
Verbindung. Das Kontaktsystem
sorgt für die verlustfreie
Stromübertragung vom Kabelleiter
zur Sammelschiene der Anlage. Das
Feststoffisoliersystem sorgt für die
notwendige Spannungsfestigkeit
bei allen Betriebs- und Störzustän-
den im Netz. Die geometrische
Passform zwischen Kabelanschlussteil
und Geräteanschlussteil wird
bei dieser Bauform als Innenkonus
bezeichnet. Für Mittelspannungsanwendungen
sind Innenkonusdurchführungen
in vier Größen für
unterschiedliche Nennspannungen
und Nennströme an der Geräteschnittstelle
zwischen kabelseitigem
und geräteseitigem Bauteil
maßlich genormt. Bei Hochspannungsanlagen
größer 52 kV gibt es
z. Zt. nur herstellerspezifische Ausführungen,
die untereinander nicht
austauschbar sind.
Gegenüber den konventionellen
»nassen« Kabelanschlüssen nach
IEC 60 859 bieten die »trockenen«,
steckbaren Kabelanschlusssysteme
mehrere Vorteile. Aufgrund der
steckbaren, geschlossenen, verkürzten
und nun beliebig anordenbaren
Kabelanschlussräume, können in
zukünftigen Generationen von GIS
und Transformator gänzlich neue
Konzepte realisiert werden.
Da das HV-Connex-Kabelanschlusssystem
auf der Basis fester
Isolierstoffe basiert, sind beliebige
räumliche Anordnungen der Kabeleinführungen
bei GIS und Transformator
realisierbar; horizontale,
vertikale und geneigte Anordnungen
der Durchführungen sowie Kabelanschlüsse
von oben und unten
sind möglich. Unkonventionelle
Geometrien von Montagefenstern
für die Kabelanschlüsse erlauben
die projektbezogene Anpassung
von Anlagen.
Gasisolierte Schaltanlagen und
Öltransformatoren können nun bis
zu der Spannungsebene 245 kV mit
HV-Connex-Geräteanschlussteilen
werksseitig ausgerüstet, geschlossen,
geprüft und anschlussfertig
ausgeliefert werden. Am Einsatzort
entfällt bei der Kabelmontage gegenüber
dem heute üblichen IEC-
Anschluss das Öffnen des Kabelschlussraumes
mit den aufwendigen
Gas- oder Ölarbeiten, weil die
Schnittstelle zum Kabel vom Anschlussraum
in die Durchführung
hinein verlegt wird.
Mit dieser neuen Schnittstelle gestaltet
sich die Montage und Demontage
der Kabelanschlüsse an
Anlagen schnell, einfach und fehlersicher.
Die Montagezeiten verringern
sich erheblich gegenüber dem
konventionellen Anschluss nach

IEC 60 859 Kap. 7.1, da das HV-Connex-Stecksystem
gänzlich auf flüssige
Isolierstoffe verzichtet. Geräteseitig
bleibt der Gas- oder Ölraum
durch die bereits werksseitig installierte
Buchse am Einsatzort geschlossen.
Die Verwendung von
vorgefertigten und vorgeprüften
Komponenten bringt ein Höchstmaß
an Sicherheit und Zuverlässigkeit.
Montagefehler werden minimiert,
da mit dem HV-Connex-
Stecksystem eine Verbindungstechnik
zwischen Kabel und Anlagenteil
zum Einsatz kommt, die einer innovativen
Hochspannungstechnik gerecht
wird. Die Steckbarkeit des HV-
Connex-Systems erlaubt bei Wartung
und Fehlerbehebung in Anlagen
das schnelle und einfache Trennen
des Kabels.
Die dielektrische Stückprüfung
an Isolierteilen des Kabelstecksystems
Die gültigen Normen für Schaltanlagen
und Transformatoren schreiben
elektrische Stückprüfungen an
den elektrisch belasteten Bauteilen
vor. So verlangt die für Kabelgarnituren
relevante Norm IEC 60 840 eine
Wechselspannungsprüfung sowie
eine Teilentladungsmessung
für die Isolierteile, die in direktem
Kontakt zur Kabelisolation stehen.
Beim HV-Connex-Kabelanschlusssystem
ist das Isolierteil davon betroffen.
Um eine rationelle, kostengünstige
Stückprüfung durchführen
zu können, wurde eine automatisierte
Prüfeinrichtung konstruiert.
Die Isolierteile werden auf
einen passenden Dorn mit möglichst
geringer Vordehnung aufgeschoben,
und pneumatisch betätigt
in die zugehörige Steckbuchse gepresst.
Das Aufschieben der Isolierteile
auf den Prüfdorn wird mit
größter Sorgfalt durchgeführt, um
mögliche mechanische Vorschädigungen
zu vermeiden. Neben der
elektrischen Stückprüfung durchlaufen
sämtliche Isolierteile prozessorientierteQualitätssicherungsprüfungen,
die individuell und eindeutig
rückverfolgbar dokumentiert
werden. Deshalb vertraut ein großer
Teil der Anwender auf den hoch entwickelten,
reproduzierbaren Herstellungsprozess
und begrenzt die
Stückprüfung auf visuelle und geometrische
Untersuchungen der Isolierteile.
Denn in der Fachwelt wird
das Risiko der Vorschädigung durch
Aufdehnen der Isolierteile bei der
elektrischen Stückprüfung als nicht
vernachlässigbar eingestuft.
Fazit
Die Montage von Kabelanschlussbuchsen
im Werk und die damit
verbundene Hochspannungsprüfung
der gasisolierten Schaltanlage
einschließlich der Kabelbuchsen,
ist ein wesentlicher Schritt zur Sicherstellung
einer äußerst hohen
Produktqualität und Zuverlässigkeit
der gesamten Schaltanlage.
Trockene steckbare Kabelendverschlüsse
erlauben dem Hersteller
der Schaltanlage und dem Betreiber
die Realisierung komplexer räumlicher
Anordnungen mit kleinstmöglichen
Abmessungen.
maierrolf@siemens.com
Martin.schuster@pfisterer.de
Thomas.klein@pfisterer.de
www.siemens.de/hs-schaltanlagen
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