Seekabel: Konstruktion, Eigenschaften, Verlegung und Verbindungen

Einführung in Seekabel & Untersee-Stromkabel

Einführung in Seekabel

Die Entwicklung von Offshore-Windparks und Öl- und Gas-Offshore-Plattformen erfordert die Installation von Energie-, Steuer- und Überwachungs- sowie Kommunikationskabeln zwischen den Plattformen und dem Festland.

Zu diesem Zweck werden Seekabel verlegt, die auch für Energie- und/oder Kommunikation zwischen Inseln und dem Festland, zwischen Ländern und sogar zwischen Kontinenten eingesetzt werden.

Eigenschaften von Seekabeln

Seekabel, die der IEC-Norm 60288^[1] entsprechen müssen, sind speziell konzipiert und gefertigt, um unter Wasser auf dem Meeresboden verlegt zu werden. Dabei wird berücksichtigt, dass der Meeresboden rau und felsig ist, dass es Meerestiere gibt, die die Kabel beschädigen können, und dass es zwingend erforderlich ist, dass Kabel Tsunamis und vulkanischer Aktivität standhalten müssen, ebenso wie Schleppnetze von Fischern, die gefährlicher sind als die Fische selbst.

Um die Eigenschaften eines Seekabels festzulegen, müssen folgende Parameter berücksichtigt werden:

• Umgebungstemperatur (Meeresboden und Land).
• Verlegetiefe.
• Besondere Verlege-/Schutzanforderungen im Küstenbereich (tieferes Vergraben, Horizontalspülbohrung…).
• Achsabstand der Kabel.
• Thermischer Widerstand des Meeresbodens und des Landes.
• Länge des Seekabels.
• Wassertiefen.

Typische Nennspannungen von Energie-Seekabeln liegen zwischen 3,6/6(7,2) kV und 290/500(525) kV in Wechselstromsystemen und höher in Gleichstromsystemen.

Je nach Nennspannung und Querschnitt (für Gleichstromsysteme fertigen Hersteller diese Kabel mit Querschnitten bis zu 2500 mm² und für Netz-Nennspannungen bis zu 725 kV) können sie mehraderig oder einaderig sein.

Eigenschaften von Energie-Seekabeln

Hauptmerkmale von Energie-Seekabeln sind:

• Leiter: Kupfer oder Aluminium. Falls die Leiter in großen Tiefen eingesetzt werden und dies gefordert ist, wird der Leiter mit speziellem Material abgedichtet, das das Eindringen von Wasser bei Kabelschäden verhindert.
• Isolierung: XLPE, EPR oder MIND (massenimprägniertes Papier).
• Schirmung: Kupferdrähte oder Bänder und Bleimantel falls erforderlich.
• Bewehrung: Der Schutz des Kabels vor mechanischen Beanspruchungen wird durch die Bewehrung aus Stahldrähten erreicht (bei einadrigen Kabeln muss die Bewehrung aus nichtmagnetischem Material – meist Aluminium – bestehen, um Überhitzung der Bewehrung durch Foucaultströme^[2] – Joule-Effekt – zu vermeiden), die den Kabeln auch die erforderliche mechanische Festigkeit beim Verlegen oder Ziehen verleihen. Die Stahldrähte haben verschiedene Bruchtragfähigkeitskategorien und sind stark verzinkt.
• Außenmantel: Der Außenmantel des Kabels wird je nach Installationsbedingungen und -anforderungen durch PVC- oder PE-Mantel und Lagen aus Polypropylengarn oder Jute realisiert.

Dreiphasige Energie-Seekabel können auch Lichtwellenleiter für Kommunikation enthalten, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 – Aufbau eines Drehstrom-Seekabels

Wenn einadrige Energie-Seekabel verwendet werden, enthalten sie in der Regel keine Lichtwellenleiter, und in diesem Fall ist es notwendig, auch Lichtwellenleiter-Seekabel zu verlegen, wie in Abbildung 2 gezeigt.

Abbildung 2 – Lichtwellenleiter-Seekabel

Einige Hersteller integrieren in dasselbe Seekabel Kommunikation (Lichtwellenleiter) und Steuerungen für subsea Verarbeitungs- und Fördersysteme, unabhängig davon, ob die Anforderungen für Niederspannung, Mittelspannung oder Hochspannung gelten – Nabelschnurkabel (siehe Abbildung 3).

Nabelschnurkabel können auch Niederdruck- und Hochdruckleitungen (Stahlrohr) für Flüssigkeiten enthalten.

Abbildung 3 – Nabelschnurkabel

Grundlegendes Verfahren zur Verlegung von Seekabeln

Die Verlegung eines Seekabels ist ein bemerkenswert komplexer, gefährlicher und teurer Prozess.

Routen müssen vermessen, Technologien entwickelt und das Kabel muss verlegt werden, ohne verloren zu gehen, zu brechen oder beschädigt zu werden.

Vor der Installation eines Seekabels sind folgende Schritte erforderlich:

• Routenwahl unter Verwendung aktueller Seekarten.
• Bewertung der geologischen Bedingungen der gewählten Route.
• Durchführung der Meeresbodenuntersuchung, insbesondere hinsichtlich Bathymetrie (Tiefe), Neigung, Vorkommen topografischer Besonderheiten, Lithologie (Beschaffenheit des Meeresbodens), Umgebungsbedingungen wie Salinität, Temperatur und pH-Wert sowie dynamische Bewegungen, die am Meeresboden auftreten können (Wellen, Meeresströme usw.) oder die ihn beeinflussen können (Tsunamis, vulkanische Aktivität, Schlammströme usw.).

Sobald die Route gewählt und alle Meeresbodenuntersuchungen abgeschlossen sind, muss ermittelt werden, ob es Strecken gibt, in denen das Kabel vergraben werden muss (mit einer Hydrojet-Verlegemaschine) und spezifische Technologien entwickelt werden, um den Verlegeort kontinuierlich zu überwachen, um Schäden oder Kabelverlust zu vermeiden.

Die Verlegung von Seekabeln erfolgt grundsätzlich mit einem Kabelverlegeschiff, wie in Abbildungen 4 und 5 zu sehen, und Roboter können zur Steuerung der Kabelverlegung eingesetzt werden (siehe Abbildung 6).

Abbildung 4 – Kabelverlegeschiff

Abbildung 5 – Seekabelverlegung

Abbildung 6 – Kabelverlegeroboter

Seekabelverbindungen

Wenn die Seekabelstrecke sehr lang ist oder ein Schaden am Kabel auftritt, ist die Installation von Kabelverbindungen erforderlich.

Diese Kabelverbindungen, die hohen Drücken ausgesetzt sind, werden vor der Kabelverlegung auf dem Meeresboden (wann immer möglich in den Herstellerwerken) ausgeführt, müssen Isolations- und Dielektrizitätsprüfungen sowie Ultraschall- und Röntgenprüfungen durchlaufen, um die Zuverlässigkeit der Installation zu gewährleisten.

Abbildung 7 zeigt eine Phase der Seekabelverbindung.

Abbildung 7 – Ausführung einer Seekabelverbindung

Wissenswertes

^[1] IEC: Internationale Elektrotechnische Kommission.

^[2] Foucaultströme sind induzierte Ströme (magnetisches Induktionsphänomen).

Galerie: Seekabel / Untersee- & Energie-Seekabel

Über den Autor: Manuel Bolotinha

• Lizentiatsabschluss in Elektrotechnik – Energie- und Kraftwerkssysteme (1974 – Instituto Superior Técnico/Universität Lissabon)
• Masterabschluss in Elektrotechnik und Informatik (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universität Lissabon)
• Senior Consultant für Umspannwerke und Energiesysteme; Professioneller Ausbilder

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