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

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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 einem 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
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