Projektlaufzeit: 09/2024 – 08/2027

Zukünftig soll in Deutschland zur Verbindung des energieerzeugenden Nordens mit dem verbrauchenden Süden die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) genutzt werden. Zu diesem Zweck sind bereits neue Stromtrassen vorwiegend in Erdverkabelung als Pilotprojekte vorgesehen. Beispielhaft sei hier die entstehende HGÜ-Verbindung zwischen Sachsen-Anhalt und Bayern (SüdOstLink) von ca. 540 km Länge genannt.   

Da die Verlegung von Kabeln mit mehreren 100 km Länge am Stück technisch nicht möglich ist, werden Teilabschnitte von ca. 1 km verlegt und dann mit Kabelmuffen verbunden. Gerade die Muffen weisen dabei ein erhöhtes Ausfallrisiko auf, da diese erst vor Ort verbaut werden können und damit anfällig für Montagefehler sind. Das Monitoring während des Betriebs beschränkt sich aktuell jedoch nur auf eine Durchschlagserkennung, Temperatur- und Vibrationsüberwachung. Bei den hohen einzusetzenden Gleichspannungen (bis zu 525 kV) liegen derweil noch keine (praktischen) Erfahrungen insbesondere zum Langzeitverhalten und Alterung der Kabel- und Muffenisolation vor.

Pro Kilometer einer HGÜ-Erdverkabelung müssen ca. 1,7 Muffen eingebaut werden. Das bedeutet, dass z. B. für die Verbindung SüdOstLink mehr als 900 Kabelmuffen verbaut werden müssen. Allein der Ausfall einer Kabelmuffe führt zwangsläufig zum Ausfall des gesamten Kabels. Bei den derzeitigen Auslegungskonzepten wird mit einer mittleren Ausfallrate von bis zu 9,5 % gerechnet. Bei veranschlagten Herstellungskosten der Leitung von ca. 6 Mio. € pro Kilometer führt dies zu extrem hohen finanziellen Verlusten und kann zudem zu einer Gefährdung der Netzstabilität führen. Dies macht deutlich, dass ein modernes Monitoring unabdingbar für den Betrieb und Erfolg der neuen HGÜ-Strecken ist.

In jedem Fall ist der Ausfall einer Muffe durch einen elektrischen Durchschlag charakterisiert. Dieser kündigt sich bei internen Fehlern in der Regel durch das Entstehen von Fehlstellen in der Isolierung an. Wird dies rechtzeitig erkannt, kann eine planmäßige Reparatur durchgeführt werden. Einen guten Indikator für den Zustand der Isolation liefert die Messung von Teilentladungen. Jedoch ist deren Detektion und Bewertung bei Gleichspannung derzeit noch Gegenstand der Forschung.

Das Ziel des Forschungsprojektes OMOT besteht darin, ein Monitoringsystem zur Isolationsüberwachung der DC-Kabelanlagen, insbesondere der Kabelmuffen, aufzubauen. Dazu werden im Vorhaben nichtinvasive, nachrüstbare Teilentladungs-Sensoren entwickelt, welche entlang des Kabels an den Muffen angebracht werden können. Um eine zustandsorientierte Interpretation der Sensordaten zu ermöglichen, werden Labormodelle von Muffen und Leitungssystemen so aufgebaut, dass die Indikatoren der Alterung der DC-Kabelisolationen erforscht und bestimmt werden können. Im Hinblick auf eine automatische Identifikation der Teilentladungen werden Algorithmen basierend auf KI und Machine Learning realisiert.

SMWK/SAB