Untergrund - Undergrounding
Im Tiefbau ist unterirdisch der Ersatz von Freileitungen, die Strom oder Telekommunikation liefern , durch unterirdische Kabel. Es zeigt die höhere Technologie in Industrieländern zur Brandverhütung und zur Verringerung der Anfälligkeit der Stromleitungen für Ausfälle bei Gewittern mit starkem Wind oder starken Schnee- oder Eisstürmen. Ein zusätzlicher Vorteil des Untergrunds ist die ästhetische Qualität der Landschaft ohne Stromleitungen. Durch Erdung können die anfänglichen Kosten für die Übertragung und Verteilung elektrischer Energie erhöht werden, die Betriebskosten können jedoch über die Lebensdauer der Kabel gesenkt werden.
Geschichte
Die ersten Verwendungszwecke des Untergrunds beruhten auf der Detonation von Bergbausprengstoffen und Unterwassertelegraphenkabeln. In Russland wurden 1812 Stromkabel verwendet, um Sprengstoff aus dem Bergbau zu detonieren und 1850 Telegraphensignale über den Ärmelkanal zu übertragen.
Mit der Verbreitung früher elektrischer Stromversorgungssysteme nahm auch der Untergrund zu. Thomas Edison verwendete in seinen frühen Vertriebsnetzen unterirdische DC-Straßenrohre. Sie wurden zuerst 1880 mit Jute isoliert , bevor sie 1882 zur Gummiisolierung übergingen.
Nachfolgende Entwicklungen traten sowohl bei Isolations- als auch bei Herstellungstechniken auf:
- 1925: Druckisolierung von Kabeln
- 1930: PVC-Isolierung für Kabel
- 1942: Polyethylenisolierung wird erstmals an Kabeln verwendet
- 1962: Mit Ethylen-Propylen-Kautschuk isolierte Kabel werden im Handel erhältlich
- 1963: Vorgeformtes Kabelzubehör wird verfügbar
- 1970er Jahre: Schrumpfkabelzubehör wird verfügbar
Während des 20. Jahrhunderts wurden direkt vergrabene Kabel alltäglich.
Vergleich
Die Antennenkabel , die tragen Hochspannungsstrom und werden von großen unterstützen Mast sind in der Regel ein unattraktives Merkmal der Landschaft betrachtet. Erdkabel können Strom über dicht besiedelte Gebiete oder Gebiete übertragen, in denen Land teuer oder umwelt- oder ästhetisch empfindlich ist. Untergrund- und Unterwasserüberquerungen können eine praktische Alternative zum Überqueren von Flüssen sein.
Vorteile
- Weniger anfällig für Schäden durch Unwetter (hauptsächlich Blitzschlag , Hurrikane / Wirbelstürme / Taifune, Tornados, andere Winde und Gefrieren)
- Verminderte Brandgefahr. Freileitungen können hohe Fehlerströme von Vegetation zu Leiter, Leiter zu Leiter oder Kontakt zu Leiter ziehen, was zu großen, heißen Lichtbögen führt.
- Reduzierter Bereich der Emission elektromagnetischer Felder (EMF) in die Umgebung. Abhängig von der Tiefe des Erdkabels; An der Oberfläche kann eine größere EMF auftreten. Der elektrische Strom im Kabelleiter erzeugt ein Magnetfeld, aber die engere Gruppierung von unterirdischen Stromkabeln verringert das resultierende externe Magnetfeld und es kann eine weitere magnetische Abschirmung bereitgestellt werden. Siehe Elektromagnetische Strahlung und Gesundheit .
- Unterirdische Kabel benötigen für die Installation einen schmaleren umgebenden Streifen von etwa 1 bis 10 Metern (bis zu 30 m für 400-kV-Kabel während des Baus), während für eine Freileitung ein umliegender Streifen von etwa 20 bis 200 Metern Breite erforderlich ist, um aus Sicherheitsgründen dauerhaft frei zu bleiben , Instandhaltung und Reparatur.
- Erdkabel stellen keine Gefahr für niedrig fliegende Flugzeuge oder wild lebende Tiere dar.
- Erdkabel haben ein viel geringeres Risiko für Schäden durch menschliche Aktivitäten wie Diebstahl, illegale Verbindungen, Sabotage und Unfallschäden.
- Durch das Vergraben von Versorgungsleitungen wird Platz für größere Bäume auf Gehwegen geschaffen, wobei die Bäume Vorteile für die Umwelt und eine Steigerung der Immobilienwerte bieten.
Nachteile
- Erdung ist teurer, da die Kosten für das Vergraben von Kabeln bei Übertragungsspannungen um ein Vielfaches höher sind als für Freileitungen, und die Lebenszykluskosten für ein unterirdisches Stromkabel zwei- bis viermal so hoch sind wie für eine Freileitung. Oberirdische Leitungen kosten etwa 10 US-Dollar pro Fuß und U-Bahn-Leitungen kosten zwischen 20 und 40 US-Dollar pro Fuß. In stark urbanisierten Gebieten können die Kosten für die unterirdische Übertragung 10- bis 14-mal so hoch sein wie die Kosten für Freileitungen. Diese Berechnungen können jedoch die Kosten für Stromunterbrechungen vernachlässigen. Der Lebensdauerkostenunterschied ist bei Verteilungsnetzen mit niedrigerer Spannung geringer und liegt im Bereich von 12 bis 28% höher als bei Freileitungen mit äquivalenter Spannung.
- Während das Auffinden und Reparieren von Freileitungen in Stunden erfolgen kann, können unterirdische Reparaturen Tage oder Wochen dauern, und aus diesem Grund werden redundante Leitungen betrieben.
- Unterirdische Kabelpositionen sind nicht immer offensichtlich, was dazu führen kann, dass unachtsame Bagger Kabel beschädigen oder einen Stromschlag erleiden.
- Der Betrieb ist schwieriger, da die hohe Blindleistung von Erdkabeln große Ladeströme erzeugt und somit die Spannungsregelung erschwert. Große Ladeströme entstehen aufgrund der höheren Kapazität von unterirdischen Stromleitungen und begrenzen somit die Länge einer Wechselstromleitung. Um Kapazitätsprobleme beim Untertagebau von Fernübertragungsleitungen zu vermeiden, können HGÜ-Leitungen verwendet werden, da sie nicht unter demselben Problem leiden.
- Während Freileitungen leicht verbessert werden können, indem Leitungsabstände und Strommasten geändert werden, um mehr Strom zu transportieren, können Erdkabel nicht verbessert werden und müssen ergänzt oder ersetzt werden, um die Kapazität zu erhöhen. Übertragungs- und Verteilungsunternehmen sind in der Regel zukunftssicher, wenn sie Kabel mit der höchsten Nennleistung installieren und dennoch kostengünstig sind.
- Erdkabel sind durch Bodenbewegungen stärker beschädigt. Das Erdbeben in Christchurch 2011 in Neuseeland verursachte Schäden an 360 Kilometern Hochspannungskabeln und unterbrach anschließend die Stromversorgung großer Teile der Stadt Christchurch, während nur wenige Kilometer Freileitungen beschädigt wurden, hauptsächlich aufgrund von Kompromissen bei den Polfundamenten durch Verflüssigung .
- Da unterirdische Reparaturen und Überprüfungen das Graben auf der Straße erfordern, entstehen Flecken und Schlaglöcher, was zu einer holprigen und unsicheren Fahrt für Autos und Fahrräder führt. Versorgungsarbeiten erhöhen auch die Sperrung der Fahrspuren, was zu einem Stau führt und die Kosten für die Erneuerung der Oberflächen durch die lokale Regierung erhöht.
Die Vorteile können in einigen Fällen die Nachteile der höheren Investitionskosten und der teureren Wartung und Verwaltung überwiegen.
Methoden
- Horizontales Bohren - Dies ist eine Methode, bei der ein Bohrer verwendet wird, um horizontal zu bohren, beginnend an einem Punkt auf der Oberfläche des Bodens und um einen unterirdischen Bogen zu erzeugen, der aus der Oberfläche zurückkommt. Diese Methode wird angewendet, wenn eine minimale Beschädigung der Oberfläche bevorzugt wird.
- Grabenuntergrund - Die andere Methode zum Untergrund von Stromleitungen besteht darin, Gräben zu graben, Stromleitungen in den Graben zu legen und sie wieder abzudecken. Dies erfolgt über die Länge der Stromleitung.
Vorschriften
Europa
Die britische Aufsichtsbehörde für Gas- und Strommärkte (OFGEM) ermöglicht es den Übertragungsunternehmen, die Kosten für einige unterirdische Preise für die Verbraucher wieder hereinzuholen. Der Untergrund muss sich in Nationalparks oder ausgewiesenen Gebieten von außergewöhnlicher natürlicher Schönheit (AONB) befinden, um sich zu qualifizieren. Die visuell aufdringlichsten Freileitungen des Kernübertragungsnetzes sind vom Schema ausgeschlossen. Einige Untergrundprojekte werden aus dem Erlös der nationalen Lotterie finanziert.
Die gesamte Nieder- und Mittelspannungsstromversorgung (<50 kV) in den Niederlanden wird jetzt unterirdisch geliefert.
In Deutschland sind 73% der Mittelspannungskabel unterirdisch und 87% der Niederspannungskabel unterirdisch. Der hohe Anteil an Erdkabeln trägt zur sehr hohen Netzzuverlässigkeit bei (SAIDI <20). Im Vergleich dazu beträgt der SAIDI- Wert (Minuten ohne Strom pro Jahr) in den Niederlanden etwa 30 und in Großbritannien etwa 70.
Kalifornien
In den Vereinigten Staaten erlaubt die Regel 20 der California Public Utilities Commission (CPUC) unter bestimmten Umständen die Untergrundverlegung von Stromkabeln. Projekte nach Regel 20A werden von allen Kunden der Versorgungsunternehmen bezahlt. Projekte nach Regel 20B werden auf diese Weise teilweise finanziert und decken die Kosten eines gleichwertigen Overhead-Systems. Projekte nach Regel 20C ermöglichen es den Eigentümern, den Untergrund zu finanzieren.
Japan
Der größte Teil der elektrischen Energie in Japan wird immer noch über Antennenkabel verteilt. In den 23 Bezirken Tokios wurden nach Angaben des japanischen Bau- und Verkehrsministeriums im März 2008 nur 7,3 Prozent der Kabel unterirdisch verlegt.
Varianten
Ein Kompromiss zwischen Untergrund und Verwendung von Freileitungen ist die Installation von Luftkabeln. Antennenkabel sind isolierte Kabel, die zwischen Polen gesponnen und für Energieübertragungs- oder Telekommunikationsdienste verwendet werden. Ein Vorteil von Antennenkabeln besteht darin, dass durch ihre Isolierung die Gefahr eines Stromschlags beseitigt wird (es sei denn, die Kabel sind beschädigt). Ein weiterer Vorteil ist, dass sie auf die Kosten - besonders in felsigen Gebieten - für das Begraben verzichten. Die Nachteile von Antennenkabeln bestehen darin, dass sie dieselben ästhetischen Probleme wie Standard-Freileitungen aufweisen und von Stürmen betroffen sein können. Wenn die Isolierung jedoch während eines Pylonversagens oder bei einem Aufprall eines Baumes nicht zerstört wird, tritt keine Betriebsunterbrechung auf. Elektrische Gefahren werden minimiert und ein erneutes Aufhängen der Kabel kann ohne Unterbrechung der Stromversorgung möglich sein.
