Materialoptimierte Auslegung von Kabeln zur Anbindung von Offshore Windkraftanlagen

Wenger Engineering zeigt eine neue Methode zur materialoptimierten Auslegung von Hochspannungskabeln durch die präzise Simulation der Stromtragfähigkeit. Durch eine multiphysikalisch gekoppelte Betrachtung der Problemstellung lässt sich die Stromtragfähigkeit von Hochspannungskabeln, wie sie bei der Anbindung von Off-Shore Windparks verwendet werden, wesentlich präziser bestimmen.

Die Auslegung von Kabeln ist in der Norm IEC 60287-3 beschrieben. Dabei handelt es sich um ein semi-empirisches Auslegungsverfahren zur Bestimmung der Maximaltemperaturen, das entsprechende Sicherheitsfaktoren einbezieht und bei einfachem Kabeldesign gute Näherungen bietet. Die Standardberechnung weicht umso mehr von der realen Physik ab, je komplexer der Aufbau des Kabels und die Einbausituation sind. Da die Leitermaterialien sehr teuer sind, bietet eine präzise Simulation enormes Potenzial durch eine optimierte Auslegung Gewicht, Material und damit erhebliche Kosten einzusparen.

Die multiphysikalische Simulation der Kabel berücksichtigt elektrische Leistung, Verlustleitung sowie die Wärmeübertragung innerhalb der Kabel und an die Umgebung. Dadurch kann das sogenannte 2K Kriterium, der Nachweis, dass das Kabel zu einer maximalen Temperaturerwärmung des Sedimentbodens von zwei Grad führt, präzise überprüft werden. Insbesondere bei komplexen Kabelausführungen ist die multiphysikalische Simulation von großem Vorteil, da zwischen den einzelnen Kabelbestandteilen elektrische, elektromagnetische und thermische Wechselwirkungen stattfinden, die das Standardmodell der Norm nicht berücksichtigen kann und daher sehr große Sicherheitsfaktoren einkalkulieren muss.

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