Künstliche Alterung von Mittelspannungs-Stromkabeln

Zukunftsweisendes Forschungsprojekt

(PresseBox) (Nürnberg, ) Für immer jung bleiben? Ganz im Gegenteil: Ein Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beschäftigt sich mit der Frage, wie man die Alterung von Kabelsystemen künstlich vorantreiben kann. Die Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Christian Weindl vom Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgung in Erlangen untersucht in Zusammenarbeit mit dem regionalen Energieversorger N-ERGIE Aktiengesellschaft und weiteren Partnern auf einem Testgelände in Nürnberg-Langwasser die Möglichkeiten, den Alterungsprozess von Mittelspannungs-Stromkabeln zu beschleunigen, um Rückschlüsse auf die Restlebensdauer der Kabel ziehen zu können.

Um eine möglichst zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten, müssen die Betreiber von Stromnetzen ihre Kabel instand halten und - nach Ablauf der Lebensdauer - austauschen. Im Sinne einer effizienten Instandhaltungsstrategie will ein Stromnetzbetreiber Kabel möglichst lange nutzen, muss sie jedoch rechtzeitig ersetzen, bevor sie eine Versorgungsunterbrechung verursachen. Bisher liegen nur grobe Richtwerte über die durchschnittliche Lebensdauer von Mittelspannungskabeln vor. Effizienter und wirtschaftlicher als ein pauschales Austauschen der Kabel nach Ablauf dieser durchschnittlichen Lebensdauer oder auch das Warten auf eine Versorgungsunterbrechung ist eine bedarfsorientierte Instandhaltung. Sprich: Es werden selektiv nur jene Kabel oder Kabelabschnitte ersetzt, deren Qualität tatsächlich nicht mehr den Anforderungen entspricht.

Mit der N-ERGIE, dem amerikanischen Kabeldiagnosespezialisten "IMCORP" und der "Bayka - Bayerische Kabelwerke AG" hat das Team der Universität eine weltweit einzigartige Versuchsanlage für die beschleunigte Alterung von Mittelspannungskabeln realisiert und geht dort der Frage nach, auf welche Weise sich der aktuelle Zustand von in der Erde vergrabenen Kabeln feststellen lässt.

Die reale Alterung im Versorgungsnetz wird im Versuch künstlich durch ein komplexes Alterungssystem nachgebildet. So können die aus der Belastung resultierenden Alterungsfaktoren in definierter Form zur Verfügung gestellt werden. Die Kabel werden hierbei wechselnden elektrischen Belastungen und Lastzyklen ausgesetzt und liegen zusätzlich in einem Thermobecken, das je nach Bedarf geheizt oder gekühlt wird.

Durch kontinuierliche Überwachung, Messung und mathematische Korrelation der Messgrößen und Versuchsparameter werden dann Rückschlüsse auf den Alterungszustand und die Restlebensdauer einzelner Kabel möglich. Die so gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Entwicklung zukünftiger Diagnoseverfahren einfließen, um die Zuverlässigkeit der heute in Betrieb befindlichen Energieversorgungssysteme zu erhöhen. Gleichzeitig soll untersucht werden, wie sich die zukünftig steigenden Beanspruchungen und strukturellen Veränderungen infolge moderner Trends, wie der regenerativen Energieeinspeisung, der aufkommenden Elektromobilität oder der sogenannten "Intelligente Netze" auf die Komponenten der Versorgungsnetze auswirken werden.

Intelligente, zustandsorientierte Instandhaltungsstrategien

Die heutigen Energieverteilungsnetze mit ihrem herausragenden betriebs- und volkswirtschaftlichen Wert müssen erfasst, analysiert und an neuartige Lastprofile und dezentrale, das heißt stark volatile, Erzeugerstrukturen angepasst werden. Eine Lösung für die dargestellte Problematik bilden intelligente, zustandsorientierte Instandhaltungsstrategien zur Erhöhung der Sicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit der in Zukunft immer komplexer werdenden Versorgungsnetze. Hierfür sollen Modelle und Systeme zur Prädiktion des Alterungsverhaltens entwickelt werden, die unter anderem auf einer Korrelation moderner hochspannungstechnischer Diagnoseverfahren eine zuverlässige Restlebensdauerprognose ermöglichen werden. Als Basis muss hierzu ein umfangreiches und betriebsmittelselektives Datenbanksystem aufgebaut werden, in dem sämtliche Ergebnisse der Alterungsuntersuchungen sowie der parallel durchgeführten Feldmessungen zusammengeführt werden.

Letztendlich sollen die Ergebnisse der Forschungen gebündelt in ein verändertes und an den Zustand der Komponenten angepasstes Asset-Management eingebracht werden, um auch die zukünftigen Energieverteilungssysteme sicher, zuverlässig und kostengünstig betreiben zu können.

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