Probleme und Gegenmaßnahmen für 10kV SF₆-Gas-gefüllte gemeinsame Tank-Ringmain-Einheit (europäischer Stil) Kabelverbindungen

Probleme und Gegenmaßnahmen bei 10kV SF₆-Gas-gefüllten Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler (europäischer Stil) mit Kabelverbindungen​

Durch die weit verbreitete Verwendung von Kabelleitungen in städtischen Verteilernetzen werden 10kV SF₆-gasgefüllte Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler (RMUs) (europäischer Stil) aufgrund ihrer Eigenschaften wie vollständige Isolierung, vollständige Abriegelung, wartungsfreier Betrieb, kompakte Größe und flexible Installation als Netzwerkknoten weit verbreitet eingesetzt. Diese europäischen SF₆-Gemeinschaftstank-RMUs sind für Küstengebiete mit feuchtem, salzigen Dunst geeignet und bieten eine hohe Betriebssicherheit.

Neuere Betriebsausfälle von RMUs zeigen, dass die meisten Probleme von Verbindungsstellen zwischen den RMU-Büscheln und 10kV-Kabeln ausgehen. Dies gilt insbesondere für Innen- und Außen-RMUs, die große Ströme und Kabel mit großem Querschnitt verarbeiten. Wenn ein Ausfall auftritt, muss der gesamte RMU entladen und ersetzt werden, und sein Kabel-T-Body-Stecker muss neu installiert werden. Dies beeinträchtigt erheblich die Versorgungssicherheit und führt zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten.

Die Verbindung zwischen RMU-Büscheln und 10kV-Kabeln ist ein kritischer Betriebs Schwachpunkt. Dieser Artikel analysiert die bestehenden Probleme und schlägt Gegenmaßnahmen vor.

​1. Probleme mit Gemeinschaftstank-RMUs und Dreikern-Kabelverbindungen​

Derzeit sind 10kV SF₆-Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler (europäischer Stil) und ihre zugehörigen Kabel-T-Body-Stecker hauptsächlich europäische Marken. Diese sind hauptsächlich für Einzelkernkabel konzipiert, die einfacher zu befestigen und zu installieren sind, keine Drehmomente auf die Büschel ausüben, eine gute Kontaktierung zwischen dem Terminal und dem Büschel sicherstellen und das Risiko thermischer Fehler reduzieren. Im Gegensatz dazu ist die Installation von Dreikernkabeln erheblich komplexer, was zu mehreren Problemen führt, die bei Einzelkerninstallationen nicht auftreten:

1. ​Befestigungspunkt für Dreikernkabel ist die äußere Hülle:​​ Die einzelnen Phasen können nicht unabhängig voneinander befestigt werden. Selbst nach der Verbindung kann das eigene Gewicht des Kabels oder externe Kräfte Drehmomente auf die Büschelabschnitte übertragen.
2. ​Ausrichtung der Phasenfolge erfordert Drehmomente:​​ Bei der Installation von Dreikernkabeln erfordert die Ausrichtung der Phasenfolge oft das Anwenden von Drehmomenten, bevor die Befestigung erfolgt. Nach der Installation wird die innere Spannung durch diese Verdrehung allmählich freigesetzt, was ein Wiederherstellungs-Drehmoment erzeugt, das auf die Büschel wirkt.
3. ​Begrenzte Höhe des Kabelraums:​​ Die kompakte Höhe des Kabelraums der RMUs (konzipiert für Einzelkernkabel) begrenzt die verfügbare Länge jedes einzelnen Kabelkerns.
4. ​Begrenzte Justierung nach der Endverbindung:​​ Sobald der Kabelanschluss geklemmt ist, ist die Installationslänge fest. Mit kürzeren individuellen Kernlängen (aufgrund von Platzbegrenzungen), die schwer zu biegen sind, erfordert es oft, um den T-Body-Stecker in Position zu bringen, das Anwenden übermäßiger Druck-, Zieh- oder Hebelkräfte. Dies birgt das Risiko, die Büschel zu beschädigen oder einen schlechten Kontakt zu erzeugen.

​2. Gegenmaßnahmen​

Um die oben genannten Probleme zu lösen, können Gegenmaßnahmen bezüglich des RMU selbst, der T-Body-Stecker, der Installationspraktiken und der zivilen Fundamentierung des RMU implementiert werden.

​2.1 Ringhauptverteiler (RMU)​​

2.1.1 ​Höhe des Kabelraums angemessen erhöhen:​​
Die Kabelräume von SF₆-Gemeinschaftstank-Ringhauptverteilern sind in der Regel klein (ca. H: 600mm, B: 350mm). Dies passt gut zu Einzelkernkabeln, macht aber die Installation von T-Body-Steckern, insbesondere bei Kabeln mit großem Querschnitt (240mm² oder 300mm²), sehr schwierig für Dreikernkabel. Der dreiteilige Manschett des T-Body-Steckers benötigt ebenfalls Platz, so dass nur etwa 400mm für die Kabelkerne übrig bleiben. Kerne mit großem Querschnitt sind steif, und in Kombination mit Standortbegrenzungen ist die korrekte Positionierung des T-Body-Steckers herausfordernd.

• ​Lösung:​​ Obwohl Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler standardisiert sind, kann die Installationshöhe durch eine Erweiterungsunterlage erhöht werden. Eine Erhöhung der Kammerhöhe auf etwa 800mm und eine Sicherstellung, dass der vertikale Abstand des Kabelhalter zum HV-Büschelmittelpunkt ≥750mm beträgt, ermöglicht Kerllängen von etwa 600mm. Dies erleichtert die korrekte T-Body-Installation. Im Wesentlichen verlängert die Erweiterungsunterlage die getrennten Einzelphasenkerne nach der Aufspaltung des Dreikernkabels, was eine Verbindung ähnlich zu Einzelkernkabeln ermöglicht.
• ​Vorteile:​​ (1) Reduziert das Drehmoment auf die Büschel erheblich; (2) Erhöht die Installationstoleranz, minimiert die Notwendigkeit von Kraft; reduziert das Leckrisiko; (3) Ermöglicht die korrekte Positionierung der Lugs und Spannungskonus.

2.1.2 ​Leitfähigkeit der Büschel beim Auswählen des RMU berücksichtigen:​​
Standard-630A-Ringhauptverteiler haben oft Bolzenbüsche mit einem Außendurchmesser des Kupferrohres von 25mm und einem Innengewinde für M16-Bolzen (leitfähige Fläche ~289,6mm²). Die tatsächliche Kontaktfläche ist oft kleiner aufgrund von Passgenauigkeiten. Wenn Edelstahlschrauben verwendet werden (aufgrund weichem Kupfer), beruht die Leitung nur auf diesem Endkontakt. Innerhalb der abgedichteten Isolation ist die Wärmeabfuhr schlecht. Wenn der Kontakt zwischen Lug und Büschel unter hohen Strömen (>400A) schlecht ist, treten thermische Fehler auf.

• ​Lösung:​​ Für RMUs, die 240mm² oder 300mm² Kabel mit >400A verwenden, wählen Sie Modelle mit 800A-belastbaren Büscheln (äußeres Kupferrohr Ø 32mm) aus, um das Risiko thermischer Fehler zu reduzieren.

2.1.3 ​Verbesserung der Temperaturüberwachung der RMU-Büschel:​​
Abgedichtete Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler können nicht geöffnet werden, um sie zu inspizieren. Standard-IR-Thermografie kann die Temperatur der Verbindungen nicht messen. Die Hinzufügung von Inspektionsöffnungen mindert die IP-Schutzklasse.

• ​Lösung:​​
• Routineprüfungen: Fühlen Sie manuell die Temperatur der Frontplatte des Kabelraums, um ein Überhitzen des T-Body zu erkennen.
• Kritische Einheiten: Entladen Sie periodisch nach anfänglichem Hochstrombetrieb, um die Verbindungen auf Anzeichen von Überhitzung zu prüfen.
• ​Best Practice (Technologie):​​ Installieren Sie Temperatursensoren direkt auf den RMU-Büscheln oder T-Body-Steckern für eine Echtzeit-Temperaturüberwachung.

​2.2 Kabel-T-Body-Stecker​

2.2.1 ​Sicherstellen der Qualität leitfähiger Bauteile:​​
Der Wechsel zu Edelstahlschrauben macht die Leitung ausschließlich vom Endkontakt abhängig, was höhere Anforderungen an die Struktur und Materialqualität der Lugs stellt. Häufige Probleme sind:

Zu schmaler Kontaktbereich der Lugs/zu großes Loch → reduzierter Kontaktbereich.

Arme Materialqualität der Lugs, ungleichmäßige Vergoldung.

Nicht passende Keilform des Luglochs und doppelseitiger Schraube → Lug kann nicht richtig am Büschel anschließen → Leitung nur über die Schraube.

Zu dünne/kleine Kupferwäscher → kann keinen parallelen Kontakt zwischen Lug und Büschel sicherstellen.

All dies führt zu einer reduzierten Stromtragfähigkeit und einem erhöhten Risiko von thermischen Fehlern.

• ​Lösung:​​ Geben Sie die leitfähigen Bauteile des T-Body-Steckers klar an:
• Breite des Kontaktbereichs der Lugs: 25mm oder 32mm (angepasst an die leitfähige Fläche des Büschels).
• Material der Lugs: T2-Kupfer (>99,9% Cu, elektrolytisch, gegossen, gereift). Zinn- oder Silbervergoldung.
• Washer: Große Oberfläche, ≥3mm dick, um einen guten Druckkontakt zu gewährleisten.

2.2.2 ​Auswahl von weichen T-Body-Steckern zur Vereinfachung der Installation:​​
EPDM- oder starre Kunststoff/Gummi-T-Body-Stecker sind hart/britz, schwer justierbar während der Installation (insbesondere bei großen Kernen/Spannungskonus/Isolation) und schwer zu positionieren. Arme Elastizität/radiale Kraft riskiert langfristige Trennung der Schnittstelle und Tracking.

• ​Lösung:​​ Wählen Sie Silikon-Gummi-T-Body-Stecker für Gemeinschaftstank-Ringhauptverteiler. Vorteile: Weich, elastisch → leicht justierbare Positionierung; Exzellente radiale Kraft und Gleichmäßigkeit → gute Abdichtung, verhindert Tracking; Ausreichende mechanische Festigkeit für RMU-Kammern.

​2.3 Installationspraktiken vor Ort​

2.3.1 ​Festlegung des Kabeleingangs:​​
Sichern Sie den Dreikernkabel-Eingang in den RMU direkt unter den HV-Büscheln mit einem Kabelhalter. Vermeiden Sie geneigte oder ungestützte Kabeleingänge. Ungesicherte Kabel setzen Dreh- und Zugkräfte frei, die möglicherweise die Integrität der Büschel und der Abdichtung gefährden → SF₆-Leckage, Risse in den Büscheln, HV-Fehler.

• Positionieren Sie die Kerne vertikal und symmetrisch; minimieren Sie das Drehen.
• Platzieren Sie den Asthandschuh und den Kabelhalter so tief wie möglich (≥750mm vertikaler Abstand zu den Büscheln).
• ​Standortprozess:​​ Nachdem das Kabel durch die Fundamentöffnung in die Kammer gezogen wurde, entfernen Sie eventuell beschädigte Kabelenden. Überprüfen Sie die Phasenfolge. Richten Sie den Kabeleingangswinkel so aus, dass die Kerne gerade auf die Büschel zulaufen. Ist der Winkel zu stark, ziehen Sie das Kabel zurück in den Graben/Pit, korrigieren Sie den Winkel und fügen Sie es dann wieder ein und sichern Sie es fest. Doppelbefestigung:​​ Wo möglich, fügen Sie einen zweiten Haltepunkt hinzu (z.B. eine Befestigungsstange im Kabelgraben darunter), um die äußere Hülle weiter zu sichern.

2.3.2 ​Kabelphasentrennung und -vorbereitung:​​

1. Fixieren Sie den Kabelasthandschuh mit einem Halter bevor Sie die Kernlängen trimmen.
2. Richten Sie die B-Phase mit dem B-Büschel aus.
3. Leicht die A/C-Phasen an der Wurzel nach außen biegen, bevor sie vertikal mit ihren Büscheln ausgerichtet werden.
4. Setzen Sie den Endbolzen in das Büschel und hängen Sie die Lug locker daran.
5. Schneiden Sie die Kernenden nach der Überprüfung der Ausrichtung auf die exakt erforderliche Länge.

• ​Wichtig:​​ Fixieren Sie das Kabel vor der endgültigen Trimmanarbeitung.​​ Ohne dies resultiert in inkonsistenten Kernlängen → Belastung der Büschel und schlechter Kontakt.
• ​Abzieh- und Reinigungsprozess:​​
• Folgen Sie den Abziehdimensionen des T-Body-Herstellers genau.
• Vermeiden Sie bei der Abziehung der äußeren Schichten, die inneren Schichten zu beschädigen.
• Verhindern Sie absolut längsrechte Streifen auf der Kernisolation → verhindert interne Tracking.
• Verwenden Sie Reinigungspapier, das vom Hersteller geliefert wird. Vermeiden Sie andere Lösungsmittel wie Industriealkohol.
• Verwenden Sie Polyfluoroether-basierte Schmiermittel (kompatibel mit Silikon-Gummi). Vermeiden Sie Silikonfette → gegenseitige Lösung → Austrocknung der Schnittstelle → Tracking-Risiko.

2.3.3 ​Installation des Spannungskonus:​​

• Stellen Sie sicher, dass der Spannungskonus zur Kabelgröße passt → korrekter Interferenzpass. Zu eng: schwierige Installation, Risiko eines Spaltens. Zu locker: schlechte Abdichtung, Risiko von Oberflächenentladungen.
• Positionieren Sie ihn streng nach den Anweisungen des T-Body-Herstellers (Positionen relativ zur Isolation und dem Kabelkern beeinflussen Spannungskontrolle und Abdichtung). Minimaler Toleranzspielraum.
• Positionieren Sie den Spannungskonus, wenn möglich, auf dem vertikalen Abschnitt des Kabels → gewährleistet beste Abdichtung.
• Vermeiden Sie, dass scharfe Gegenstände die Silikon-Gummioberflächen zerkratzen.
• Tragen Sie eine gleichmäßige Schicht eines kompatiblen Schmiermittels auf den Interferenzflächen auf.

2.3.4 ​Sicherstellen eines ausreichenden Leiterkontaktbereichs:​​
Die Leiterverbindung innerhalb der Isolierschutzhülle ist unsichtbar/schwer zu überprüfen. Es muss sichergestellt werden:

• Die Lug-Oberfläche ist parallel zur leitfähigen Oberfläche des Büschels → minimierte Belastung des Büschels.
• ​Exzellenter Kontakt​, um das Erhitzen zu verhindern.
• ​Krimpfen:​​ Krimpfen Sie die Lug an den Kern gemäß Vorschrift. Stellen Sie sicher, dass die Lug-Oberfläche parallel zur Büschelfläche ausgerichtet ist. Nachdem die Krimpfbacken vollständig geschlossen sind, halten Sie den Druck für 10-15 Sekunden. Entfernen Sie die Burrfelder. Reinigen Sie die Lug und die Kernisolation.
• ​Verbindung:​​ Setzen Sie die Lug auf den Bolzen, schieben Sie den T-Body in das Büschel → stellen Sie sicher, dass der parallele Kontakt zwischen Lug und Büschel vor dem Anziehen hergestellt ist.

2.3.5 ​Sicherstellen einer zuverlässigen Erdung:​​
Geschirmte T-Body-Stecker müssen mit dedizierten Erdungsringen/Drähten an das Erdungsnetz des RMU angeschlossen werden. Das Fehlen dieser Erdung birgt folgende Risiken: Aufbau von statischer Ladung an der Oberfläche → Schockgefahr.

Oberflächenentladung zu nahe gelegenen Erdungen → elektrische Erosion des Materials.

​2.4 Anforderungen an die zivile Fundamentierung des RMU​

• RMU-Basis in der Regel 300-500mm über dem Bodenniveau.
• ​Tiefe des Kabelgrabens unter der Basis sollte ≥800mm betragen; streben Sie 1000mm an, wenn der Standort dies zulässt.
• ​Zweck:​​ Bietet einen ausreichenden Biegungsradius für den Kabeleingang (insbesondere bei großen Querschnitten), ermöglicht einen fast vertikalen Eingang → reduziert die Belastung auf das Kabel und die Verbindung.