Warum sind dynamische Kabelwerte wichtig?
Dynamische Kabelleistungen sind aufgrund der variablen Natur der Windenergie eine wichtige Überlegung, wenn es um lange Wechselstromkabel geht. Die schwankende Windenergie führt zu einer unterschiedlichen Belastung der Kabel. Mit dem Wissen über die zeitliche Veränderung des Laststroms (das Lastprofil) kann ein Konstrukteur ein Kabel spezifizieren, das die technischen Anforderungen genau erfüllt und aufgrund der nicht kontinuierlichen (zyklischen) Belastung oft einen kleineren Querschnitt aufweisen kann.
Berechnung dynamischer Ratings
Die Norm IEC 60853 schreibt die Methoden zur Berechnung der zyklischen Kabelbelastung vor, die hauptsächlich für erdverlegte Kabel in gleichmäßigem Boden, direkt erdverlegte oder in Kanälen verlegte Kabel gilt, bei denen davon ausgegangen wird, dass die Belastung über einen Zeitraum von 24 Stunden schwankt. Die IEC-Methode hat den Nachteil, dass sie an Genauigkeit verliert, wenn die Berechnung über einen langen Zeitraum, z. B. ein ganzes Jahr, durchgeführt wird. Ein zweiter Ansatz für die Berechnung zyklischer Kabelnennwerte ist die Neher-McGrath-Methode, die zur Berechnung der Strombelastbarkeit über längere Zeiträume auf der Grundlage des Lastfaktors verwendet werden kann.
Das Transientenmodul in der Cable HVTM Software kann zyklische Nennleistungen unter Verwendung des tatsächlichen Lastprofils (über einen Zeitraum von 24 Stunden) gemäß der IEC-Norm oder nach der Neher-McGrath-Methode berechnen. Die Bemessungswerte für Kabel, die in der Luft oder erdverlegt sind, können isoliert oder in Gruppen berechnet werden. Die Auswirkungen der Änderung des Leiterwiderstands mit der Temperatur werden berücksichtigt.
Beispiel: Windpark Kabel Lastprofil
Das Lastprofil aus Tabelle 1 kann aufgezeichnet werden, um die Schwankungen der Strommesswerte mit einem Bereich von 38,1 A bis 134,1 A über den Zeitraum eines Jahres zusammen mit den durchschnittlichen und maximalen Stromwerten anzuzeigen. Dies ist in Abbildung 2 zu sehen.
| Reihe | Zeit | Stromstärke (A) |
|---|---|---|
| 1 | 1/01/2011 14:00 | 134.1 |
| 2 | 1/01/2011 15:00 | 134.1 |
| 3 | 1/01/2011 16:00 | 134.1 |
| ... | ... | ... |
| 8746 | 31/12/2011 23:00 | 134.1 |
Der Belastungsfaktor ist definiert als die durchschnittliche Belastung geteilt durch die maximale Belastung in einem bestimmten Zeitraum. Die folgende Gleichung wird verwendet, um den Lastfaktor zu ermitteln.
| Durchschnittlicher Strom (A) | 91.5 |
| Maximaler Strom (A) | 134.1 |
| Belastungsfaktor | 0.68 |
Es wird ein einadriges XLPE-isoliertes Kabel mit 300 mm2 Kupfer und 11 kV verwendet. Für die Berechnung der zyklischen Belastbarkeit wird die Neher-McGrath-Methode mit einem Lastfaktor von 1 gewählt.
Anschließend wird anhand des aus dem Datensatz berechneten tatsächlichen Lastfaktors ein Wert von 0,68 für den Lastfaktor verwendet.
Wie aus Abbildung 3 und Abbildung 4 hervorgeht, ist der zulässige Spitzenlaststrom deutlich höher, wenn der Lastfaktor kleiner ist, d. h. bei einem Lastfaktor von 1 beträgt der zulässige Nennstrom 534 A. Bei einem Lastfaktor von 0,68 beträgt der zulässige Nennstrom 636 A (19 % mehr). Dies verdeutlicht, wie wichtig es ist, Lastdaten zu sammeln und den Durchschnittsstrom und den Lastfaktor des Datensatzes zu ermitteln, um genaue Berechnungen der dynamischen Kabelnennleistung durchführen zu können.
Referenzen
- Kabel-HV-Software, Version 4.0.
- E. Fernandez und J. Patrick, "Emergency and Cyclic Ratings of HV Cables", 2019. [Online].
