Belastungsprobe Windenergie: Was Leitungen in Windkraftanlagen leisten
Torsion, Abrieb, internationale Normen: Was Leitungen in Windkraftanlagen leisten müssen, ist enorm. W2E, einer der führenden Windkraftanlagen-Entwickler, setzt dabei auf die Expertise von HELU.
Windkraftanlagen entstehen auf der ganzen Welt: von der Nordsee bis in die Wüste. Dabei haben sie häufig eine Gemeinsamkeit: Egal, wo sie am Ende landen, ihren Ursprung haben sie in Rostock: beim Entwickler für Windkraftanlagen W2E, Wind to Energy.
Immer wieder kommt dort das Thema Leitungen auf den Tisch. „Natürlich denkt jeder zuerst an den Transport des erzeugten Stroms“, sagt Dr. Torsten Schütt, Head of Electrical Engineering von W2E. „Unsere Anlagen bewegen sich mittlerweile im Bereich von drei Megawatt. Es kommen also mehrere Tausend Ampere Stromstärke zusammen.“
Doch neben den eigentlichen Stromleitungen gibt es noch viele weitere Kabel, die den Betrieb eines Windrads sicherstellen. Sie transportieren Daten der verschiedenen Sensoren für Druck, Drehzahl, Strom, Spannung, Temperatur oder Ölstand. Oder sie steuern verschiedene Motoren, die etwa Gondel und Rotorblätter ideal zum Wind ausrichten. Außerhalb der Windkraftanlage vernetzen
Lichtwellenleiter
den gesamten Windpark, damit der Betreiber jederzeit die Liveinformationen aller Anlagen einsehen kann.
Bei allen Fragen zur elektrischen Verbindungstechnik steht HELU dem Team von W2E zur Seite. „Wir haben uns schon früh mit dem Thema Windenergie beschäftigt und kennen die Herausforderungen“, sagt Uwe Schenk, Senior Industrie Manager Renewables bei HELU. „Mir persönlich ist und war es immer wichtig, vor Ort beim Kunden an der Anlage zu sein“, sagt er. „Nur so sieht und hört man, wo der Schuh drückt und welchen Beitrag wir als Kabelhersteller leisten können.“
Die größten Herausforderungen für Leitungen in Windkraftanlagen
Internationale Richtlinien
Internationale Normen und Richtlinien wie UL, IEC oder CSA stellen Windkraftanlagen-Entwickler vor besondere Herausforderungen. Besonders bei globalen Projekten. Ein Beispiel: Nach der UL 6141 müssen im nordamerikanischen Raum alle zugänglichen Kabel in Kanälen verlegt werden. Wo dies nicht sinnvoll oder möglich ist, dürfen für die offene Verlegung nur sogenannte Tray-Kabel verwendet werden. W2E verlässt sich darauf, dass HELU solche Änderungen im Blick behält und die notwendigen Zertifizierungen anstößt. Denn je mehr Regionen ein Produkt abdeckt, desto einfacher wird die Umsetzung internationaler Projekte.
Potenzialausgleich
Windkraftanlagen sind aufgrund ihres großen Metallanteils, ihrer Höhe und ihrer exponierten Lage geradezu prädestiniert für einen Blitzeinschlag. Dieser schlägt häufig in den Rotorblättern ein und muss über Rezeptoren, die definierte Einschlagpunkte vorgeben, von der Nabe über den Turm zur Erde abgeleitet werden. Bei Gittermasttürmen ist der Aufwand erheblich höher: Ungeschirmte Leitungen müssen in einem Blitzschutzkäfig geschützt werden. Hier ist es einfacher, von vornherein geschirmte Leitungen einzusetzen.
Abrieb
Durch die Torsionsbewegungen reiben die im Loop eng verlegten Kabel ständig aneinander. Der Abrieb reduziert die Wandstärke, was langfristig zu Schäden an Aderisolation und Kupferlitze führt. Um das zu verhindern, setzt HELU Polyurethane und vergleichbare thermoplastische Elastomere ein. Ebenso wichtig ist die Oberflächenveredelung: Der Außenmantel muss adhäsionsarm sein, damit die Leitungen reibungslos aneinander entlanggleiten.
Temperatur
Von klirrender Kälte bis zu trockener Hitze – Windkraftanlagen stehen an den unterschiedlichsten Standorten und sind dabei nicht selten extremen Temperaturen ausgesetzt. Die speziellen Kunststoffmaterialien der HELU Leitungen sind für einen Temperaturbereich von -55 bis +145 Grad Celsius ausgelegt. Damit eignen sie sich für den weltweiten Einsatz – verschiedene Varianten für unterschiedliche Klimazonen sind nicht erforderlich.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Eine Schirmung sorgt dafür, dass sich die in der Anlage verlegten Leitungen nicht gegenseitig elektromagnetisch beeinflussen Das könnte sonst zu erheblichen Störungen im System führen. Besonders die im Loop verlegten Leitungen stellen dabei erhöhte Anforderungen an die Kabelkonstruktion: Um eine optimale Abschirmung dauerhaft auch in der Torsionsbewegung zu gewährleisten, empfiehlt HELU unter anderem den Einsatz eines umgelegten Schirms (D-Schirm).
Torsion
Der Kabelloop stellt sicher, dass sich die Gondel samt Rotorblättern in die optimale Stellung zum Wind drehen kann. Die dort eingesetzten torsionsfähigen Leitungen müssen sich bis zu drei Mal um die eigene Achse verdrehen können. Dafür kommen besonders belastbare Kupferleiter der Klasse 5 und 6 mit optimierten Verseilschlaglängen zum Einsatz. Als Isolationswerkstoff für die Adern und den Mantel werden spezielle, hochabriebfeste Materialien eingesetzt. So halten die Leitungen 18.000 Torsionszyklen aus.
Halogenfreiheit
Im Falle eines Brandes können halogenhaltige Materialien toxische Gase und korrosive Säuren freisetzen. Um kostspielige Schäden zu vermeiden, bestehen nicht zuletzt Versicherer auf den Einsatz halogenfreier Materialien.
Ölbeständigkeit
Die speziellen Öle der Windindustrie sind eine Herausforderung für viele gängige Mantelwerkstoffe. Im Alterungstest versagen viele von ihnen. Deshalb wird die HELUWIND WK-Serie über das normale Prüfprozedere nach VDE oder UL (Oil Res I, Oil Res II) hinaus auf ihre Langzeithaltbarkeit getestet.
Das sagen die Experten
„Windkraftanlagen für die gesamte Welt zu entwickeln, kann gerade durch die unterschiedlichen internationalen Richtlinien eine herausfordernde Aufgabe sein. Um den Aufwand für uns möglichst gering zu halten, sind wir deshalb sehr darauf bedacht, möglichst wenige verschiedene Leitungen zu kaufen, die dann aber jeweils für viele Länder zertifiziert sind."
Dr. Torsten Schütt, Head of Electrical Engineering, W2E
„Gerade im Loop habe ich schon etliche Leitungen gesehen, die der Torsion nicht gewachsen waren. Die Folge waren Schlaufenbildung, Aderbrüche und Materialabrieb. Das führt zu Anlagenstillstand und teuren Wartungen. Um das zu verhindern, unterziehen wir unsere Leitungen gnadenlosen Langzeittests."
Uwe Schenk, Senior Industry Manager Renewables Industries, HELU
