Beim Um- und Ausbau der Stromnetze für die Energiewende werden ein Großteil der Leitungen und Kabel unterirdisch verlegt – um den äußeren Einflüssen unter der Erde standzuhalten und sie sicher zu isolieren, kommen spezielle Erdkabel und effektive Kabelschutzrohre zum Einsatz
Das deutsche EEG 2023 (Erneuerbare- Energien-Gesetz) regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz. Bis 2040 soll der Anteil erneuerbarer Energien bei Schwankungen in der Erzeugung und einem deutlich steigenden Stromverbrauch auf 65 % ausgebaut werden. Das erfordert einen massiven Umbau der aktuellen Infrastruktur, weg von regionalen Kraftwerken hin zu Übertragungsnetzen, die „lastfernerzeugte“ Energie aus Wind und Sonne dahin transportieren, wo sie verbraucht wird und über kommunale Verteilernetze bis in jeden Betrieb und jedes Haus bringt. Mehr als 80 % der Kabel sind in der Erde verlegt.
In den vergangenen Jahren ist der Stromverbrauch durch einen geringeren Energieverbrauch aufgrund der Energiekrise, den Corona-Lockdowns sowie der abschwächenden Konjunktur zurückgegangen. Auf lange Sicht geht der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) allerdings von einem deutlichen Anstieg des Stromverbrauchs aus, da mit mehr Elektroautos und Wärmepumpen, einer steigenden Wasserstoffproduktion und einer zunehmenden Digitalisierung auch der Bedarf an Strom zunehmen wird. Im Zuge des Stromnetzumbaus kommen durch den Neubau überregionaler Übertragungsnetze und regionaler Verteilnetze und den Glasfaserausbau etliche Kilometer pro Jahr hinzu.
Stromversorgung über Erdkabel
Erdkabel können je nach Spezifikation Wechsel (Dreh)- oder Gleichstrom übertragen. Je länger ein WechselstromErdkabel ist, desto mehr nimmt allerdings die Wirkleistung ab und der Anteil der nicht nutzbaren Blindleistung steigt. Daher wird Wechselstrom für die Verteilernetze in der Nieder-und Mittelspannebene für die regionale und lokale Stromversorgung genutzt. Für die effiziente Übertragung mit sehr hohen Spannungen und über große Entfernungen wird Gleichstrom mittels der sogenannten HGÜ (Hochspannungsgleichstromübertragung) eingesetzt. Da es bei Gleichstrom keine Blindleitungsverluste gibt, kann Energie über weite Strecken geleitet werden.
Die dafür verwendeten Erdkabel wurden zunächst bei Offshore-Anbindungsleitungen eingesetzt, seit 2015 gilt ein gesetzlicher Erdkabelvorrang für Gleichstromleitungen. Konverterstationen auf der Strecke wandeln einerseits Gleichstrom in Wechselstrom um und speisen ihn in das Wechselstromnetz ein. Andererseits wandeln die Transformatoren durch Solar- oder Windkraftanlagen dezentral generierten Wechselstrom in Gleichstrom um und speisen ihn ins Übertragungsnetz ein.
Vor- und Nachteile von Erdkabeln
Oberirdisch geführte Leitungen und Stromtrassen bedeuten einen massiven Eingriff in die Flora und Fauna, denn sie beeinträchtigen das Landschaftsbild dauerhaft und haben ein elektrisches Feld. Die Verlegung von Erdkabeln in einem durchgehenden Schacht – insbesondere in Form einer Stromtrasse – ist deutlich aufwendiger und teurer als Freileitungen; das Landschaftsbild bleibt bis auf die Bauphase jedoch nahezu unberührt. Im Boden sind die Kabel zudem vor Witterungseinflüssen und UV-Strahlung geschützt, es gibt praktisch kein elektrisches Feld und auch ein magnetisches Feld nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Werden die Kabel in Schutzrohre gezogen, sind sie vor mechanischen Einflüssen wie Erschütterungen in der Nähe einer Autobahn o. ä. und auch vor Vandalismus geschützt. Werden bereits Leerrohre mitverlegt, können hier später ohne großen Aufwand weitere Leitungen eingezogen werden.
Im urbanen, verdichteten Umfeld, im eng vermaschten Drehstromnetz oder bei oberirdischen Hindernissen ist eine Verlegung von Erdkabeln inzwischen Standard. Der Aufwand einer grabenlosen Verlegung ist im kommunalen Netzausbau um ein Vielfaches geringer als bei einer offenen Bauweise.
Nachteilig bei Erdkabeln sind aufwendige Wartungs- und Reparaturarbeiten, denn im Gegensatz zu einer Freileitung, deren Wartung oft per Sicht erfolgt, ist dies bei Erdkabeln nicht möglich. Dadurch kann es zu längeren Ausfallzeiten als bei Freileitungen kommen. Erdkabel erhöhen die Spannung stärker als Freileitungen. Kompensationsanlagen können die Spannung senken. Zudem geben erdverlegte Stromleitungen Wärme an ihr Umfeld ab, während diese bei Freiluft einfach an die Luft abgegeben werden. Spezielle Kunststoffschutzrohre bieten eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, damit der Wärmeaustausch mit dem umgebenden Erdreich optimaler gelingt.
Verlegung von Erdkabeln
Die Kabelstränge werden beim Trassenbau meist in offener Bauweise verlegt und liegen 1,5 bis 2 Meter tief im Boden. Je nach Anzahl der Kabelstränge und oftmals vorausschauend verlegter Leerrohre kann eine Stromtrasse nach Abschluss der Bauarbeiten bis zu 20 Meter breit werden. Für Wartungszwecke muss die Trasse zugänglich sein. Das heißt, es dürfen keine Tiefwurzler darauf angepflanzt und sie darf nicht überbaut werden. Landwirtschaft ist auf einer Trasse jedoch möglich.
In den regionalen Verteilnetzen sind Erdkabel gerade im urbanen Raum zur Stromübertragung Standard. Hier stößt die offene Bauweise an ihre Grenzen, ist zu aufwendig, dauert zu lange und ist damit zu teuer. Im innerstädtischen Bereich werden oftmals Schutzrohre aus PVC vorab verlegt, durch diese später dann die Mittel- und Niederspannungskabel eingezogen werden. Bei der grabenlosen Erdkabelverlegung werden Leitungen punktuell oder auf kürzeren Teilstücken ohne aufwendige Aushubmaßnahmen eingezogen.
Durch spezielle Bohrverfahren (Bodenverdrängungsverfahren, dynamische Rammverfahren, Spülbohr- oder Pressbohrverfahren) oder mit Kabelpflug- Systemen wird eine passende Erdröhre geschaffen, in die die Medienrohre eingezogen werden. So lassen sich kommunale Versorgungsnetze punktgenau erweitern und oberirdische Hindernisse wie Bahntrassen, Verkehrswege, Gebäude aber auch Gewässer unterirdisch kreuzen. Nachträglich können in die verlegten Rohre auch Glasfaserkabel eingeblasen werden.
Schutz der Erdkabel
Erdkabel sind mit einer robusten Isolierung ausgestattet, die die Kabelkonstruktion vor Feuchtigkeit, Chemikalien und kleinen Nagern schützt. Um die Kabel zusätzlich vor äußeren Einflüssen und mechanischen Einwirkungen im Boden dauerhaft sicher zu schützen, werden sie in vorher verlegte Leerrohre eingezogen. Die Schutzrohre verlängern auch die Lebensdauer der Kabel. Wie die einzelnen Kabelstücke werden auch die Schutzrohre beim Verlegen über Muffen verbunden, häufig auch stumpfgeschweißt.
Bei der Menge an im Boden verlegter Kabel und Leitungen sorgen die Schutzrohre auch für mehr Übersichtlichkeit der unterirdischen Infrastruktur, gerade im verdichteten urbanen Raum eine wichtige Funktion. Zudem können nachträglich weitere Kabel und Leitungen mit wenig Aufwand eingezogen werden.
Für verschiedene Anforderungen werden unterschiedliche Kabelschutzrohrsysteme angeboten. Es gibt starre und flexible Schutzrohre aus unterschiedlichen Materialien wie PVC, PP oder PE. Ein voll ausgelastetes Höchstspannungskabel kann an seiner Außenfläche eine Temperatur von bis zu 60 °C erreichen. PP-Schutzrohre bleiben auch bei einer thermischen Dauerbeanspruchung formstabil und sicher nutzbar. Das KG2000 e-line Schutzrohr der Gebr. Ostendorf Kunststoffe GmbH ist aus einem PP verstärkt mit natürlichen Mineralstoffen und bietet eine ressourcenschonende Alternative zu herkömmlichen, dickwandigen Polyethylenrohren. Durch den optimierten Materialmix gelingt ein idealer Wärmeaustausch mit dem umgebenen Erdreich.
Die Verbindung der einzelnen Rohre stellt eine besondere Herausforderung dar; je einfacher die Montage, desto höher ist die Einsparung von Zeit und Kosten. Die von Ostendorf entwickelte KG2000 e-line protect Doppelmuffe bietet gegenüber dem herkömmlichen Spiegel- oder Stumpfschweißen zweier glatter Enden oder dem Stecken mit bereits gemufften Rohren entscheidende Vorteile. Die Rohre werden bereits gummigedichtet mit einer innovativen Verbindungsvorrichtung trocken gefügt und bilden eine absolut auszugssichere Verbindung. Zusätzlich kann das Rohr ganz oder auch nur an anspruchsvollen Bereichen mit dem IP-Plus Elektroschweißverfahren der Fa. Sabug direkt vor Ort verschweißt werden.
