Wie Verbundkernleiter die Kosten von Übertragungsprojekten senken

Aug 24, 2023

Der heute am weitesten verbreitete Leitertyp im Freileitungsstromübertragungsnetz gibt es seit 1909. Nach mehr als 100 Jahren ist der Aluminiumleiter mit Stahlverstärkung (ACSR) gelinde gesagt eine bekannte Einheit. Aluminium Conductor, Steel Supported (ACSS) kam in den 1970er Jahren auf den Markt und ist ähnlich bekannt.

Im Vergleich dazu sind Verbundkernleiter auf der Zeitachse der Versorgungsanlagen jung. Nach 20 Jahren im Einsatz sind ihre Leistungsvorteile jedoch klar erkennbar, ebenso wie die Überlegungen, sie bei der Entwicklung kosteneffizienter Getriebeprojekte einzusetzen.

Die Hauptvorteile von Verbundkernleitern sind ein geringerer Durchhang und eine erhöhte Kapazität. Verseilte Kohlefaserkerne haben einen deutlich geringeren thermischen Durchhang als ACSR und ACSS und können in einem Leiter mit demselben Durchmesser bis zu doppelt so viel Leistung übertragen. Dieser Vorteil und andere, die im Folgenden untersucht werden, verändern grundsätzlich die Entwurfsparameter für Getriebeprojekte.

Neue Übertragungsleitungen, die Verbundkernleiter verwenden, erfordern weniger Stützstrukturen, da sie aufgrund ihres geringen Durchhangverhaltens größere Entfernungen überbrücken können. Längere Spannweiten ermöglichen es Designern, Strukturen zu verkürzen oder weniger zu verwenden. Das Ergebnis sind deutlich geringere Gesamtprojektkosten hinsichtlich Material und Wegerecht.

„Freileitungsleiter mit Verbundkern ermöglichen es Designern, Leitungsdesigns zu optimieren und gleichzeitig Sichtlinien zu minimieren und die Gesamtprojektkosten zu senken“, sagte Charles Holcombe, Manager für Freileitungssysteme und -lösungen bei Southwire Co.

Die Reduzierung der Anzahl der Bauwerke habe die Gesamtkosten für ein Projekt im Westen der USA gesenkt, sagt er. Eine in die Jahre gekommene Übertragungsleitung musste von Grund auf mit neuen Stützstrukturen saniert werden. Die Kapazitätsanforderungen für die neue Leitung blieben gleich, sodass die Konstrukteure einen Leiter mit Verbundkernen mit kleinerem Durchmesser verwenden und den Abstand zwischen den Stützstrukturen auf 1.200 Fuß verdoppeln konnten. Das bedeutete, dass für die neue Linie nur halb so viele Bauwerke benötigt wurden und die Gesamtkosten des Projekts um 15 % geringer waren.

Verbundkernleiter ermöglichen die Neuleitung von Leitungen, um stattdessen die Wärmekapazität der Leitung zu erhöhen, während andere Leiterlösungen möglicherweise einen kompletten Umbau mit kostspieligen neuen Strukturen erfordern. Durch einfaches Ersetzen von ACSR-Leitern durch Verbundkernleiter kann eine bis zu doppelt so hohe Kapazität bei geringerem Durchhang erreicht werden.

„Der Kostenvorteil der Umleitung mit Verbundkernleitern ist erheblich, wenn eine Leitung für mehr Kapazität aufgerüstet werden muss“, sagte Holcombe. „Anstelle der enormen Kosten für den Bau neuer, größerer Fundamente und Strukturen für ACSR oder ACSS investieren Sie etwas mehr, indem Sie Hochleistungsleiter auf den vorhandenen Strukturen installieren.“

Ähnliche Kostenvorteile kommen zum Tragen, wenn einzigartige Designherausforderungen auftreten. Holcombe beschreibt detailliert ein Projekt, bei dem die Bodenerosion am Flussufer dazu führte, dass eine Stützkonstruktion weiter vom Fluss entfernt werden musste, wodurch sich die Länge der Flussüberquerung von 1.290 Fuß auf 1.840 Fuß erhöhte. Eine Vergrößerung der Spannweite hätte den Durchhang des ACSR vergrößert und neue, größere Bauwerke und Fundamente auf beiden Seiten des Flusses erforderlich gemacht. Stattdessen entschieden sich die Konstrukteure für die Verwendung eines Verbundkernleiters, der die gesamte Strecke überbrückt, ohne dass der Durchhang zunimmt, wodurch ein vollständiger Leitungsumbau verhindert und gleichzeitig die Gesamtkosten des Projekts gesenkt werden.

Installationsanforderungen sind ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von Leitern für Übertragungsprojekte. Der Vorteil von mehrdrähtigen Verbundleitern liegt dabei in der größeren Flexibilität und besseren Biegetoleranz. Darüber hinaus erfordern Verbundkerne möglicherweise die gleiche Ausrüstung, Hardware und Arbeitspraktiken, die den Teams bekannt sind, die ACSR oder ACSS installieren.

Verseilte Verbundkerne sind nicht anfällig für einen Single-Point-of-Failure. „Die mehrsträngigen Verbundkerne unserer C7®-Freileitungsleitungen enthalten Tausende durchgehender Kohlefaserstränge, die von einer Polymermatrix umgeben sind“, erklärt Holcombe. „Das Ergebnis ist ein Leiter, der langlebiger und zuverlässiger ist als alles auf dem Markt.“

Leitungsverluste sind angesichts des heutigen wachsenden Marktes für erneuerbare Energien ein weiterer besorgniserregender Faktor. Verbundkernleiter erleiden keine Verluste durch Kernmagnetisierung, die sich auf Stahlkernleiter auswirkt. Stromausfälle bedeuten Einnahmeverluste für die Eigentümer von Windparks und Solarkraftwerken, die die erzeugte Energie in das Übertragungsnetz einspeisen.

Letztendlich haben sich Verbundkerne einen Platz neben den bewährten Leitern der Branche verdient. Und wenn man die Gesamtkosten des Projekts berücksichtigt, ist die Verbundkernlösung in der Regel den alten Arbeitspferden auf ganzer Linie überlegen.