Projektbericht · Kasachstan · Pumpstation im Flusshafen · Tauchpumpe am Frequenzumrichter

Austausch eines Mittelspannungs-Tauchpumpenkabels in einem Flusshafen in Kasachstan: 180 m 6/10 kV Kabel in einer Länge

Eine Pumpstation in einem Flusshafen in Pawlodar, Kasachstan, benötigte den Austausch eines Mittelspannungs-Tauchpumpenkabels für eine Tauchpumpe mit 6000 V, die über einen du/dt-Filter von einem Mittelspannungs-Frequenzumrichter gespeist wird. TEBAOFLEX lieferte 180 m (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV S3×50+2×25/2+S(4×0.5), bestellt als eine durchgehende Länge auf einer Trommel ohne Verbindungsstellen. Das Kabel hat drei Leistungsadern mit 50 mm², zwei Erdadern mit 12.5 mm², zwei verdrillte Steueradernpaare unter einem gemeinsamen Schirm, ein Gesamtgeflecht aus verzinntem Kupfer und einen roten Gummimantel, bei einem vereinbarten maximalen Außendurchmesser von 54 mm, passend zur Kabeleinführung der Pumpe. Die mit dem Käufer vereinbarten Kriterien der Werksabnahmeprüfung umfassen eine Teilentladung von 10 pC oder weniger bei 1.73 U₀, und die Trommel wurde versandt.

Projekt auf einen Blick

Was gehört zum Austausch eines Mittelspannungs-Tauchpumpenkabels?

Beim Austausch eines Mittelspannungs-Tauchpumpenkabels kommt ein neues Kabel zum Einsatz, das nach den Aderfunktionen und der Nennspannung gebaut ist, die die Pumpe benötigt, und mit einem Durchmesser, den ihre Kabeleinführung aufnimmt, sodass es an dieselben Motor-, Erd- und Steuerstromkreise angeschlossen wird und in derselben Kabeleinführung abdichtet. Für diese Pumpe mit 6000 V in Kasachstan legte der Auftrag drei Leistungsadern mit 50 mm², zwei Erdadern, ein geschirmtes Steuerelement für die Überwachungs- oder Steuerstromkreise der Pumpe, eine Nennspannung von 6/10 kV und einen maximalen Außendurchmesser von 54 mm fest.

Die Pumpe läuft an einem Frequenzumrichter, daher führt das Kabel mehr als Leistung mit Netzfrequenz. Die schnellen Schaltimpulse des Umrichters laufen über die 180 m lange Strecke und werden am Motor reflektiert; deshalb sitzt ein du/dt-Filter am Ausgang des Umrichters, und die Überwachungs- oder Steuersignale der Pumpe teilen sich das Kabel mit diesen Leistungsadern. Das Gesamtgeflecht aus verzinntem Kupfer und das gemeinsame Geflecht über den beiden Steueradernpaaren sind für diese Kombination vorgesehen. Denselben Aufbau mit seinen vorläufigen Auslegungswerten finden Sie als Produkt auf der Seite zum (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV Pumpen-Energie- und Steuerkabel.

Das vorhandene Kabel lesen: Leistungsadern, Erdleiter und ein Steuerelement

Vom Kunden aufgenommene Fotos des vorhandenen Kabels an dieser Tauchpumpe für 6000 V zeigen die Anordnung, der das Ersatzkabel von TEBAOFLEX entsprechen musste. Das vorhandene Kabel hat drei Mittelspannungs-Leistungsadern mit Kabelschuhen, zwei grün-gelbe Erdleiter und eine weiße Ader mit dem Aufdruck CONTROL ELEMENT, die die Steuerdrähte führt, alles unter einem schwarzen Innenmantel, einem Geflecht aus Kupferdrähten und einem roten Außenmantel. Das Ersatzkabel behält dieselben Aderfunktionen in derselben Art von Aufbau bei.

Ein Unterschied zeigt sich am Anschluss. Am vorhandenen Anschluss sind die Erdverbindungen mit grün-gelben Leitern ausgeführt. Beim Aufbau (N)TSCGEWCUEUS sind die beiden Erdadern mit 12.5 mm² mit halbleitendem Gummi umhüllt, sodass sie beim Öffnen des Innenmantels schwarz erscheinen; der Errichter sollte das bei der Vorbereitung der neuen Kabelenden berücksichtigen.

Aufbau des 6/10 kV Ersatzkabels, Schicht für Schicht

Das Ersatzkabel (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV hat drei flexible Leistungsadern aus verzinntem Kupfer mit 50 mm², jede mit halbleitendem Leiterschirm, EPR-Isolierung und halbleitendem Isolierungsschirm. Daneben liegen zwei Erdadern aus verzinntem Kupfer mit 12.5 mm², umhüllt mit halbleitendem Gummi, und ein Steuerelement aus zwei verdrillten Paaren von Adern mit 0.5 mm² unter einem gemeinsamen Geflecht aus verzinntem Kupfer. Ein Innenmantel GM1b, ein Gesamtgeflecht aus verzinnten Kupferdrähten und ein roter Außenmantel aus Polychloropren 5GM5 vervollständigen das Kabel.

1. Leistungsleiter: flexibles verzinntes Kupfer, feindrähtig, 50 mm² (drei Adern)
2. Leiterschirm: halbleitende Mischung über dem Leiter
3. Isolierung: EPR-Gummimischung
4. Isolierungsschirm: halbleitende Schicht mit halbleitender Bandbewicklung
5. Erdader: verzinntes Kupfer, 12.5 mm², mit halbleitendem Gummi umhüllt (zwei Adern, zusammen 25 mm²)
6. Steuerelement S(4×0.5): vier Adern aus verzinntem Kupfer mit 0.5 mm² und EPR-Isolierung als zwei verdrillte Paare unter einem gemeinsamen Geflecht aus verzinnten Kupferdrähten
7. Innenmantel: Gummimischung Typ GM1b
8. Gesamtschirm: Geflecht aus verzinnten Kupferdrähten
9. Außenmantel: Polychloropren-Gummi (PCP) Typ 5GM5, rot

(N) vor der Bezeichnung kennzeichnet eine Konstruktion in Anlehnung an die Reihe DIN VDE 0250, hier DIN VDE 0250-813; es ist kein VDE-Zertifizierungszeichen. Die Buchstaben solcher Bezeichnungen erklärt, soweit die VDE-Legende sie definiert, unser Leitfaden zum Lesen von VDE-Kabelbezeichnungen.

Was bedeutet S3×50+2×25/2+S(4×0.5) bei diesem Pumpenkabel?

S3×50+2×25/2+S(4×0.5) listet die Adern des Kabels auf: S3×50 sind die drei Leistungsadern mit 50 mm², 2×25/2 ist ein Erdleiter mit 25 mm², aufgeteilt auf zwei Adern mit 12.5 mm², und S(4×0.5) ist ein geschirmtes Steuerelement aus vier Adern mit 0.5 mm². Der Käufer dieses Auftrags aus Kasachstan bat TEBAOFLEX, die Erd- und Steuerteile zu bestätigen, und TEBAOFLEX bestätigte, dass die beiden Erdadern jeweils 12.5 mm², zusammen 25 mm², haben und dass die vier Steueradern zwei verdrillte Paare unter einem gemeinsamen Schirm aus verzinntem Kupfer bilden.

Dasselbe Steuerelement wird manchmal S(2×2×0.5) geschrieben, was die beiden Paare direkt angibt; beide Schreibweisen kommen in der Korrespondenz zu diesem Auftrag vor. Die Aufteilung des Erdleiters auf zwei Adern ermöglicht es, sie in die Zwickel zwischen den runden Leistungsadern zu legen, was das Kabel rund und flexibel hält. Das Verdrillen jedes Steueradernpaars und die Schirmung der Paargruppe verringern die Störungen, die von den benachbarten Leistungsadern in die Steuersignale eingekoppelt werden, was bei einer an einem Frequenzumrichter betriebenen Pumpe am meisten zählt.

Warum EPR-Isolierung und ein Mantel aus Polychloropren für ein Tauchpumpenkabel

Das Parameterblatt dieses Auftrags über (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV legt eine EPR-Isolierung mit halbleitenden Gummischirmen, einen Innenmantel aus Gummi GM1b und einen roten Außenmantel aus Polychloropren (PCP) 5GM5 fest. EPR bietet eine hohe Durchschlagfestigkeit und ein stabiles Verhalten im Nassbetrieb, und das Blatt beschreibt den PCP-Mantel als beständig gegen Wasser, Öl, Ozon, ultraviolettes Licht, Abrieb und Einreißen. Die Verzinnung schützt die Kupferleiter im Wasser vor Oxidation und Korrosion und hält gecrimpte und gelötete Anschlüsse zuverlässig.

Dasselbe Blatt nennt IEC 60332-1-2 für die Flammenausbreitung, IEC 60811-404 für die Ölbeständigkeit und IEC 60811-403 für die Ozonbeständigkeit als Prüfreferenzen und gibt an, dass das Kabel nicht halogenfrei ist, weil der Außenmantel eine Polychloropren-Mischung ist. Eine Station, die halogenfreies Kabel benötigt, braucht einen anderen Mantel, und die Anfrage sollte das angeben. Warum flexible Kabel EPR statt XLPE als Isolierung verwenden, erklärt unser Leitfaden zur EPR-Isolierung.

Passt das Ersatzkabel in die Kabeleinführung der Pumpe? Die Grenze von 54 mm

Das 6/10 kV Ersatzkabel für diese Tauchpumpe mit 6000 V musste in der vorhandenen Kabeleinführung der Pumpe abdichten, daher legte der Käufer einen maximalen Außendurchmesser von 54 mm fest. Das Parameterblatt des Auftrags für dieses Kabel (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV nannte einen berechneten Bereich von 54–58 mm. Der Käufer fragte, ob maximal 54 mm bestätigt werden könnten oder welche Dichtungstülle der Kabeleinführung ein dickeres Kabel benötigen würde, und TEBAOFLEX bestätigte einen Fertigdurchmesser von höchstens 54 mm als Prüfpunkt der Werksabnahmeprüfung.

Eine Dichtung der Kabeleinführung umschließt den Kabelmantel in einem engen Durchmesserbereich. Ein zu dickes Kabel passt nicht durch die Dichtungstülle; ein zu dünnes dichtet möglicherweise nicht ab. Deshalb wurde der Durchmesser vor der Bestellung als Maximum von 54 mm vereinbart und zu einem Prüfpunkt der Werksabnahmeprüfung gemacht, statt ihn als Nennwert stehen zu lassen; ob die Einführung am gelieferten Kabel abdichtet, ist vom Eigentümer der Pumpe und seinem Errichter zu bestätigen.

Kann eine 6 kV Tauchpumpe am Frequenzumrichter über 180 m dieses Kabels betrieben werden?

Bei einem Tauchpumpenmotor für 6000 V an einem Mittelspannungs-Frequenzumrichter mit du/dt-Filter deckt die Nennspannung dieses Kabels (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV (U₀/U 6/10 kV, Um 12 kV) den Motorstromkreis ab: Seine Nennspannung zwischen Leiter und Erde, U₀, entspricht der vollen Leiterspannung von 6 kV. Ob Umrichter, Filter und Motor über 180 m zusammenarbeiten, ist eine Berechnung des Lieferanten des Frequenzumrichters. Für diese Prüfung gab TEBAOFLEX dem Käufer die Kapazität des Kabels, 0.345 µF/km, und seine Induktivität, 0.371 mH/km, an; über die 180 m lange Strecke ergeben sich daraus etwa 0.062 µF und 0.067 mH.

Wenn das Gesamtgeflecht aus verzinntem Kupfer sowohl auf der Seite des Frequenzumrichters als auch auf der Seite der Pumpe rundum kontaktiert ist, bietet es den hochfrequenten Strömen des Umrichters einen niederimpedanten Rückweg innerhalb des Kabels, und das gemeinsame Geflecht über den Steueradernpaaren verringert die in den Steuerstromkreis eingekoppelten Störungen. Was der Bedeckungsgrad eines Geflechts bedeutet und wie sich Geflecht- und Spiralschirme im Vergleich verhalten, erklärt unser Leitfaden zum Vergleich von Spiralschirm und Geflechtschirm. Der Wert von 200 A ist nur ein Bezugswert für 30 °C in freier Luft und muss für den tatsächlichen Verlegeweg korrigiert werden.

Warum der Auftrag eine durchgehende Länge von 180 m ohne Verbindungsstellen verlangte

Der Auftrag aus Kasachstan für dieses 6/10 kV Tauchpumpenkabel verlangte die 180 m als eine durchgehende Länge auf einer Trommel, ohne Verbindungsstellen, werkseitige Spleißstellen oder reparierte Abschnitte. In einem Mittelspannungs-Pumpenkabel, das im Wasser liegen kann, ist eine Verbindungsstelle ein Punkt, an dem Wasser eindringen und die Isolierung versagen kann. TEBAOFLEX bestätigte die 180 m als vollständig neues Kabel in einer Länge und bot ein Schreiben an, das bestätigt, dass es keine Verbindungsstellen enthält.

Werksprüfungen stützen diese Aussage, können sie aber allein nicht beweisen. Ein vollständig durchtrennter Leistungsleiter oder Schirm würde bei der Prüfung des Leiterwiderstands oder des Durchgangs des Schirms durchfallen, und eine Isolierung, die so stark beschädigt ist, dass sie durchschlägt oder bei 1.73 U₀ Entladungen über 10 pC aufweist, würde bei der Spannungs- oder Teilentladungsprüfung durchfallen. Eine fachgerecht ausgeführte Reparatur könnte diese Prüfungen dennoch bestehen. TEBAOFLEX erklärte dem Käufer, dass ein Video 180 m Kabel praktisch nicht vom ersten bis zum letzten Meter verfolgen kann, und bot daher das Bestätigungsschreiben zur verbindungsstellenfreien Länge an, ergänzend zu den zugesagten Fotos und dem Video des Kabels und seiner Metermarkierung sowie zum Prüfbericht.

Werksabnahmeprüfung für ein 6/10 kV Pumpenkabel: die für diesen Auftrag vereinbarten Kriterien

Die für dieses 6/10 kV Tauchpumpenkabel vereinbarte Werksabnahmeprüfung umfasst die Teilentladung (10 pC oder weniger bei 1.73 U₀), eine Wechselspannungsprüfung mit 17 kV AC für 5 Minuten an den Leistungsadern, eine Wasserlagerungsprüfung mit anschließender Spannungsprüfung und eine Prüfung mit 2 kV AC für 5 Minuten am Steuerelement. Sie umfasst außerdem Durchgang und Widerstand des Gesamtgeflechts und des Schirms des Steuerelements, den Leiterwiderstand, den Außendurchmesser, die Mantel- und Metermarkierung sowie die Länge auf der Trommel. TEBAOFLEX gab die Kriterien auf Wunsch des Käufers an, und der Käufer führte die Ergebnisse auf, die er sehen wollte.

Die Trommel wurde versandt, und für sie wurde ein Werksprüfbericht erstellt. Dieser Bericht führt die für den Auftrag vereinbarten Kriterien statt Messwerten auf, weil sie das sind, was ein Käufer in einen Auftrag für ein Mittelspannungs-Pumpenkabel schreibt und woran das Werk dann gebunden ist.

Wasserlagerung: das Auftragskriterium und die Stückprüfung

Das von TEBAOFLEX für diesen Auftrag angegebene Kriterium für die Wasserlagerung lautet 24 Stunden in sauberem Wasser, gefolgt von 17 kV AC für 5 Minuten, ohne Durchschlag oder Überschlag. In der laufenden Fertigung von TEBAOFLEX ruhen die isolierten Adern nach dem Isolieren mindestens 16 Stunden in der Werkhalle und werden dann vor ihrer Wechselspannungsprüfung mindestens 1 Stunde in Wasser gelagert. Geben Sie in der Anfrage die Lagerungsdauer an, die Ihre Spezifikation verlangt, damit sie in den Prüfplan aufgenommen wird.

Wie Durchgang und Widerstand der Schirme geprüft werden

Beim üblichen Verfahren von TEBAOFLEX werden die äußeren Schichten an beiden Kabelenden abgesetzt, um das Gesamtgeflecht aus verzinntem Kupfer und das Geflecht des Steuerelements freizulegen. Jeder Schirm wird über die gesamte Länge zu einer Schleife verbunden, und sein Durchgang und Widerstand werden gemessen; ein gemessener Widerstand zeigt, dass der Schirm von Ende zu Ende durchgängig ist. TEBAOFLEX teilte dem Käufer mit, dass die Schirmwiderstände als Messwerte und nicht als berechnete Werte angegeben würden, weil ein theoretisch berechneter Widerstand bei einem Geflecht nicht genau ist.

Teilentladung bei 1.73 U₀

Teilentladung ist eine örtlich begrenzte elektrische Entladung, die die Isolierung nur teilweise überbrückt, typischerweise in einem gasgefüllten Hohlraum, an einer Verunreinigung oder einem Vorsprung oder an einem Spalt zwischen der Isolierung und einem halbleitenden Schirm. Gemessen als scheinbare Ladung in Picocoulomb (pC), zeigt sie Fehler auf, die eine Stehspannungsprüfung bestehen können, die Isolierung aber über Jahre hinweg erodieren. IEC 60502-2, die IEC-Norm für Mittelspannungskabel in fester Verlegung, enthält eine vergleichbare Stückprüfung auf Teilentladung an geschirmten Adern bei 1.73 U₀ mit einer Messempfindlichkeit von 10 pC oder besser. Für dieses flexible Pumpenkabel ist der Wert von 10 pC bei 1.73 U₀ ein für den Auftrag angegebenes Kriterium, keine Behauptung der Konformität mit IEC 60502-2. TEBAOFLEX misst die Teilentladung in einem geschirmten Prüfraum, wie mit Fotos dokumentiert in der Fallstudie zur 12/20 kV Leitung für den Schaufelradbagger.

Was der Käufer vor der Abnahme der Trommel sehen wollte

Vor der endgültigen Abnahme der Trommel mit 180 m 6/10 kV Pumpenkabel bat der Käufer dieses Auftrags aus Kasachstan um den Werksprüfbericht der tatsächlichen Trommel, um Fotos und ein Video des fertigen Kabels und der Trommel sowie um Fotos der Mantel- und Metermarkierung. Außerdem bat er um die Bestätigung der durchgehenden verbindungsstellenfreien Länge, um den gemessenen Außendurchmesser sowie um die Ergebnisse der Spannungsprüfung, der Teilentladungsmessung, des Leiterwiderstands, des Durchgangs der Schirme und der Wasserlagerung. TEBAOFLEX bot außerdem eine aus dem fertigen Kabel geschnittene Querschnittsprobe an.

1. Prüfbericht der tatsächlichen Trommel, mit Messwerten neben jedem Kriterium, keine Typprüfung eines anderen Kabels.
2. Fotos und Video des fertigen Kabels und der Trommel, einschließlich Manteldruck und Metermarkierung.
3. Bestätigung der verbindungsstellenfreien Länge; TEBAOFLEX bot ein Schreiben an, das sie bestätigt, da ein Video nicht alle 180 m verfolgen kann.
4. Gemessener Außendurchmesser, abgeglichen mit der Grenze von 54 mm der Kabeleinführung.
5. Querschnittsprobe des fertigen Kabels, von TEBAOFLEX angeboten, damit der Aufbau mit der Zeichnung abgeglichen werden kann.
6. Eine einfache endgültige Querschnittszeichnung; der Käufer verlangte keine vertraulichen Fertigungsdetails.

TEBAOFLEX lud den Käufer außerdem ein, das Werk zu besuchen und das Kabel zu prüfen. Ein Käufer, der den Prüfungen beiwohnen möchte, sollte dies in der Anfrage angeben, zusammen mit den Unterlagen, die mit der Lieferung verlangt werden.

Original-Pumpenkabel oder Ersatzkabel: Was im Angebot stehen sollte

Auf Wunsch des Käufers erklärte sich TEBAOFLEX bereit, dieses 6/10 kV Kabel im Angebot als „Ersatzkabel, hergestellt von Jiangsu TEBAOFLEX für die Pumpe von Xylem Flygt“ zu bezeichnen und die genaue Bezeichnung TEBAOFLEX (N)TSCGEWCUEUS 6/10 kV S3×50+2×25/2+S(4×0.5) mm² anzugeben. Der Käufer bat außerdem darum, das Angebot mit dem endgültigen freigegebenen Datenblatt und der Querschnittszeichnung zu verknüpfen. TEBAOFLEX ist nicht der Hersteller des Originalkabels der Pumpe.

Diese Formulierung schützt beide Seiten. Ein so formulierter Kaufbeleg weist ein Ersatzkabel eines namentlich genannten Herstellers aus, und die Verknüpfung des Angebots mit dem freigegebenen Datenblatt und der Querschnittszeichnung, wie vom Käufer gewünscht, stützt die technische Freigabe auf diese Unterlagen und die vereinbarten Prüfkriterien statt auf eine Teilenummer. Wenn eine Pumpe zusätzlich ein Überwachungssystem nutzt, müssen auch die Steueradern darauf abgestimmt sein; wie sich die originalen SUBCAB-Konstruktionen für diese Prüfung vergleichen, behandelt unsere Seite zur Spezifikationsprüfung des Flygt SUBCAB MAS 800 Kabels.

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