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Kabel & Verkabelung

Energiekabel (3.6/6 kV)

Mit 3.6/6 kV bemessen, speist dieses Kabel Hochspannungsgeneratoren, Bugstrahlruder und große Fahrmotoren, wo Niederspannungsleiter unpraktische Querschnitte bräuchten; Isolierung und Schirmung sind für dauerhaft teilentladungsfreien Dienst gebaut, nicht bloß für eine höhere Spannungszahl.

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Was man an einem Energiekabel (3.6/6 kV) prüft.

Standard-Bordkabel mit 0.6/1 kV wird unpraktisch, sobald ein Verbraucher über irgendeine Distanz echte Leistung zieht: Der Leiterquerschnitt, der Spannungsfall und I²R-Verluste in Grenzen hält, wächst zu groß, um sich um eine Kabelbahn biegen zu lassen. Die Systemspannung auf 3.3 kV oder 6.6 kV zu heben (das Kabel selbst ist mit 3.6/6 kV bemessen — 3.6 kV Leiter-Erde und 6 kV Leiter-Leiter) lässt dieselbe Leistung durch einen Bruchteil des Kupfers fließen. Darum sind Bugstrahlruder, große Fahrmotoren und Generatoren über grob 1-2 MW auf Mittelspannung verdrahtet, während Beleuchtung und kleine Motoren im…

Was 3.6/6 kV-Kabel abhebt

Standard-Bordkabel mit 0.6/1 kV wird unpraktisch, sobald ein Verbraucher über irgendeine Distanz echte Leistung zieht: Der Leiterquerschnitt, der Spannungsfall und I²R-Verluste in Grenzen hält, wächst zu groß, um sich um eine Kabelbahn biegen zu lassen. Die Systemspannung auf 3.3 kV oder 6.6 kV zu heben (das Kabel selbst ist mit 3.6/6 kV bemessen — 3.6 kV Leiter-Erde und 6 kV Leiter-Leiter) lässt dieselbe Leistung durch einen Bruchteil des Kupfers fließen. Darum sind Bugstrahlruder, große Fahrmotoren und Generatoren über grob 1-2 MW auf Mittelspannung verdrahtet, während Beleuchtung und kleine Motoren im Niederspannungssystem bleiben.

3.6/6 kV-Energiekabel, Querschnitt
Querschnitt eines 3.6/6 kV-Bordenergiekabels, von der Mitte nach außen: der verseilte Leiter, die Leiterglättung, die XLPE-Isolierung, die Isolationsglättung, der metallische Schirm, die Bewehrung und der Außenmantel.

Das Kabel ist nicht schlicht ein Niederspannungskabel mit dickerer Isolierung. Bei Mittelspannung konzentriert sich das elektrische Feld an jeder Unregelmäßigkeit der Isolationsoberfläche, und ein Hohlraum oder eine scharfe Leiterkante kann Teilentladungen auslösen, die die Isolierung über Jahre von innen erodieren. Der marine MV-Kabelaufbau existiert gezielt, um dieses Feld zu beherrschen.

Hauptkomponenten

Leiter

Verseiltes Kupfer, mit einer direkt darüber extrudierten halbleitenden Schicht, die Luftspalte tilgt und das Feld an der Leiteroberfläche glättet.

Isolierung

Vernetztes Polyethylen (XLPE) oder Ethylen-Propylen-Gummi (EPR) ist Standard für marines MV-Kabel; EPR verträgt mehr Biegen und ist üblich, wo das Kabel Vibration oder wiederholte Bewegung sieht, XLPE gibt einen etwas besseren elektrischen Verlustwert.

Isolationsglättung und metallischer Schirm

Eine halbleitende Schicht über der Isolierung, gefolgt von einem Kupferdraht- oder -bandschirm, sperrt das elektrische Feld ins Kabel und stellt den Erdschluss-Rückweg. Dieser Schirm muss an beiden Enden korrekt geerdet sein, sonst werden induzierte Mantelströme zum Schock- und Brandrisiko.

Bettung, Bewehrung und Außenmantel

Ein halogenfreier, flammwidriger Außenmantel ist für den Bordgebrauch Standard. Die Bewehrung, wo verbaut, schützt in exponierten Strecken gegen mechanische Schäden.

Auswahl und Auslegung

  • Die Spannungsbemessung passend zum MV-System des Schiffs, üblich 3.3 kV oder 6.6 kV nominal, mit dem Kabel bemessen auf 3.6/6 kV oder 6/10 kV für Isolationsreserve.
  • Die Dauerstrombemessung, abgemindert für die Bündelung mit anderen Kabeln in derselben Bahn und für die Umgebungstemperatur des Raums.
  • Die Kurzschlussfestigkeit von Leiter und Schirm, geprüft gegen Fehlerstrom und Klärzeit des Schutzrelais.
  • Die Flexibilitätsklasse, wo die Strecke eine mechanische Verbindung kreuzt, etwa in einen Strahlerraum.
  • Die Brandleistung: flammwidrig nach der einschlägigen Bündelkabelprüfung als Minimum, raucharm und halogenfrei für Unterkunfts- und Fluchtwegstrecken.

Vorschriften und Klasse

SOLAS Kap. II-1 setzt die allgemeine Anforderung an elektrische Anlagen und Kabelbrandschutz; die Klassevorschriften, gebaut auf der IEC 60092-Reihe für Bordkabelbau und -prüfung, ergänzen die detaillierten Bau-, Baumuster- und Trassenanforderungen. MV-Kabelstrecken brauchen zusätzlich die Trennung von anderen Diensten und, nach den Klassevorschriften, physische Separierung oder Barrieren beim Durchgang durch Maschinenräume — denn ein MV-Fehler trägt weit mehr Energie in einen Lichtbogen als ein Niederspannungsfehler. Periodische Isolationswiderstandsprüfungen und auf größeren Installationen Teilentladungsprüfungen sind typisch in den von der Klasse gesetzten Besichtigungsintervallen gefordert.

Typische Fehler

FehlerUrsacheFolge
TeilentladungsschadenBeim Abschluss eingeschleppte Hohlräume oder Verunreinigung an Leiter- oder IsolationsglättungLangsame Isolationserosion, schließlich Überschlag — oft Jahre nach der Installation
SchirmüberhitzungSchirm geerdet, ohne den induzierten Kreisstrom zu bedenkenÖrtliche Erwärmung, beschleunigte Alterung der angrenzenden Isolierung
Water TreeingFeuchteeintritt durch einen beschädigten Mantel in die XLPE-IsolierungFortschreitende dielektrische Schwächung, schließlich Durchschlag unter einer Schaltspannungsspitze
Abschluss-ÜberschlagFalscher Feldsteuerkonus- oder Warmschrumpfabschluss für die SpannungsklasseSofortiger Fehler, oft bei der ersten Zuschaltung oder während einer Schalttransiente

Worauf es beim Lieferanten ankommt

  • Eine Baumusterzulassung einer anerkannten Klassifikationsgesellschaft für die konkret bestellte Bauart und Spannungsklasse, nicht nur ein allgemeines Marinekabel-Zertifikat.
  • Werks-Teilentladungsprüfprotokolle der tatsächlichen Fertigungscharge, nicht allein ein Baumusterprüfbericht.
  • Dokumentierte Verträglichkeit zwischen Kabel und den Abschluss-/Verbindungssätzen der Installation; unpassend gemischte MV-Systeme sind ein häufiges Baustellenversagen.
  • Erfahrung mit dem konkret geforderten Brandleistungsstandard der Installation.

MV-Kabelabschlüsse als den risikoreichsten Schritt der ganzen Installation behandeln: Eine gehetzte Feldsteuerkonus-Arbeit ist von außen unsichtbar und versagt oft erst, wenn das Kabel Monate im Dienst ist.

Unterwasser-Energiekabel
Unterwasser-Energiekabel. Foto: Z22, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
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