Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Tief unter der Meeresoberfläche verbindet ein Hochspannungskabel – wie eine lebenswichtige Arterie – Kontinente und liefert Strom an Millionen von Haushalten und Unternehmen. Dann plötzlich versagt diese kritische Lebensader aufgrund mikroskopisch kleiner Verunreinigungen, stürzt Städte in Dunkelheit und verursacht wirtschaftliche Turbulenzen. Die Folgen sind schwerwiegend: Die Reparatur von Unterseekabeln ist außerordentlich teuer und zeitaufwändig, wobei die Verluste stündlich steigen.

Wie können sich Kabelhersteller in diesem wettbewerbsintensiven Markt von der Konkurrenz abheben und das Vertrauen der Kunden gewinnen und gleichzeitig eine stabile Stromübertragung gewährleisten? Die Antwort liegt in einem kompromisslosen Prinzip: dem unermüdlichen Streben nach Reinheit des Isoliermaterials.

Hochspannungskabel, insbesondere Mittel- und Hochspannungskabel, funktionieren wie das Herzstück von Stromverteilungssystemen. Das Isoliermaterial dient als ihre Schutzschicht – eine Komponente von größter Bedeutung. Derzeit dominiert vernetztes Polyethylen (XLPE) als primäres Isoliermaterial für Mittel- und Hochspannungskabel.

Vernetztes Polyethylen (XLPE) ist ein duroplastischer Werkstoff, der durch einen Vernetzungsprozess aus Polyethylen gewonnen wird. Unter hohem Druck und mit organischen Peroxiden wandelt sich Polyethylen von einem Thermoplasten in ein elastisches Material um, wodurch XLPE außergewöhnliche Eigenschaften erhält, die es ideal für die Isolierung von Hochspannungskabeln machen:

• Minimale dielektrische Verluste: Die geringen dielektrischen Verluste von XLPE bedeuten weniger Energieverluste während der Übertragung und gewährleisten so einen höheren Wirkungsgrad.
• Hervorragende elektrische Eigenschaften: Ausgezeichnete elektrische Festigkeit, Corona-Beständigkeit und Lichtbogenfestigkeit ermöglichen es XLPE, Hochspannungsfeldern standzuhalten.
• Hervorragende physikalische Eigenschaften: Hohe mechanische Festigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb in rauen Umgebungen.
• Beständigkeit gegen thermische Verformung und Alterung: XLPE behält auch bei erhöhten Temperaturen eine stabile Leistung bei.
• Höhere Strombelastbarkeit: XLPE-Kabel können mehr Strom transportieren als herkömmliche Alternativen gleicher Größe.
• Einfache Installation: Leichte und flexible XLPE-Kabel vereinfachen den Einsatz und verkürzen die Bauzeiten.

Kürzlich hat Prysmian innovative Kabel mit Hochleistungs-Thermoplastischen Elastomeren (HPTE) eingeführt. Während HPTE die Leistung von XLPE erreicht, bietet es deutliche Vorteile in der Herstellung:

• Keine Vernetzung erforderlich: Eliminiert Nebenprodukte aus dem Vernetzungsprozess und macht es umweltfreundlicher.
• Recyclingfähigkeit: HPTE-Kabel können wiederverwendet werden, wodurch Abfall reduziert wird.
• Kürzere Produktionszyklen: Ermöglicht eine schnellere Reaktion auf die Marktanforderungen.
• Geringerer Platzbedarf: Benötigt weniger Produktionsfläche und senkt die Kosten.
• Kompatibilität: Funktioniert nahtlos mit bestehenden Netzwerkkomponenten und erleichtert Grid-Upgrades.

Sowohl XLPE als auch HPTE dienen als „Herzstück“ von Hochspannungskabeln und gewährleisten die Zuverlässigkeit der Stromübertragung.

Für Hoch- und Höchstspannungskabel ist die Reinheit des Isoliermaterials nicht verhandelbar. Eine höhere Reinheit korreliert direkt mit einem geringeren Ausfallrisiko. Selbst eine 50-Mikron-Metallverunreinigung kann das Endprodukt beeinträchtigen und zu exorbitanten Folgekosten führen.

Stellen Sie sich ein Unterseekabel vor, das jahrzehntelang einwandfrei funktioniert – bis ein mikroskopisch kleines Metallpartikel Teilentladungen unter elektrischer Belastung auslöst. Mit der Zeit verstärken sich diese Entladungen und führen zu Isolationsversagen und katastrophalem Kabelausfall.

• Astronomische Reparaturkosten: Kontaminationsbedingte Ausfälle von Unterseekabeln können Wochen Ausfallzeit verursachen, mit schwerwiegenden wirtschaftlichen und sozialen Folgen.
• Branchenweite Auswirkungen auf die Produktion: Kontaminierte Materialien oder defekte Kabel, die Entladungsprüfungen nicht bestehen, beeinträchtigen die Fertigungseffizienz und erhöhen die Kosten.

Höchstspannungskabel werden strengen Spannungsfestigkeitsprüfungen mit dem 2,5-fachen ihrer Nennspannung unterzogen – eine brutale Untersuchung der Isolationsintegrität.

• Konsequenzen bei Ausfällen: Typische Produktionsanlagen erleben während der Prüfung 5-6 jährliche Ausfälle, von denen jeder potenziell 150.000 € vor der Auslieferung kostet.
• Zeitplanunterbrechungen: Ausfälle verzögern die Auslieferungen und führen zu vertraglichen Komplikationen.
• Reputationsschaden: Nicht zugelassene Spleiße können das Qualitätsimage der Hersteller trüben und Strafklauseln auslösen.

Um die Zuverlässigkeit der Kabel zu gewährleisten, schreiben Industriestandards strenge Reinheitsanforderungen vor:

• Hochspannungskabelstandards schreiben oft den Ausschluss von Verunreinigungen vor, die 75 Mikron überschreiten.
• Die AEIC-Richtlinien schreiben vor, dass Kabelkonstruktionen mindestens 40 Jahre halten müssen, was eine 100 %-ige Inspektion der Materialreinheit erfordert – Stichprobenprüfungen können nicht zuverlässig alle Verunreinigungen beseitigen.

Nur eine umfassende Inspektion garantiert, dass jeder Meter den höchsten Qualitätsstandards entspricht.

Derzeit verwenden Kabelhersteller typischerweise Maschenfilter, um Verunreinigungen in XLPE- und HPTE-Schmelzen aufzufangen, bevor sie in die Kabel gelangen. Diese Filter, die zwischen dem Extruder und dem Vernetzungskopf positioniert sind, stehen vor betrieblichen Herausforderungen:

• Verstopfung: Im Laufe der Zeit sammeln sich in den Filtern versengtes Material oder übermäßige Verunreinigungen an, was zu Druckspitzen im Extruder führt.
• Produktionsstopps: Häufige Filterwechsel erfordern Produktionsstopps und anschließendes Spleißen.
• Spleißrisiken: Manuell hergestellte Spleiße stellen kritische Schwachstellen dar, insbesondere bei Unterseeanwendungen. Hersteller versuchen daher, Spleiße in langen Kabeln zu minimieren.

Verstopfte Filter reduzieren die Produktivität und erfordern zuverlässigere Lösungen zur Erkennung und Sortierung von Verunreinigungen.

Aktuelle Partikelerkennungssysteme dienen in erster Linie der Labor- oder Produktionslinienüberwachung. Die meisten basieren auf optischer Technologie zur Erkennung von Oberflächenverunreinigungen, können aber keine inneren Verunreinigungen identifizieren.

Während optische Verfahren für Oberflächenfehler in transparenten oder transluzenten Materialien wirksam sind, können sie nicht in Partikel eindringen, um innere Verunreinigungen zu erkennen.

Die Durchdringungsfähigkeit der Röntgentechnologie ermöglicht die Erkennung innerer Defekte. Wenn Röntgenstrahlen Materialien durchdringen, variiert ihre Abschwächung mit Dichte, Dicke und atomarer Zusammensetzung – was eine präzise Identifizierung von Verunreinigungen ermöglicht.

Moderne Erkennungssysteme kombinieren Röntgen- und optische Technologien für eine 100 % Online-Qualitätssicherung. Bildverarbeitungssoftware identifiziert, klassifiziert und entfernt automatisch Verunreinigungen ab einer Größe von 50 Mikron.

XLPE besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff (6 Protonen), während übliche Stahlverunreinigungen Eisen (26 Protonen) enthalten. Dieser Unterschied von 20 Protonen erzeugt einen starken Röntgenkontrast, der eine präzise Metallerkennung ermöglicht.

Moderne Kameratechnologie und Beleuchtungssysteme erfassen den Materialfluss mit industriellen Geschwindigkeiten. Leistungsstarke Algorithmen identifizieren dann Oberflächenfehler, die vordefinierte Schwellenwerte überschreiten.

Dieser duale Ansatz erkennt sowohl innere als auch Oberflächenverunreinigungen, einschließlich:

• Röntgen: Metalle, organische Schadstoffe und Inhomogenitäten (z. B. TiO2) in transparenten, farbigen oder halbleitenden Materialien
• Optisch: Oberflächenfehler wie schwarze Punkte, Fremdpartikel und unterschiedliche Materialien

Diese Systeme werden zwischen Vorratsbehältern (mit Octabins, Säcken oder Silos) und Extruderbehältern installiert und reinigen Materialien per Schwerkraft vor dem Extrudieren.

Zusätzlich zu Online-Systemen bieten modulare Lösungen Offline-Erkennung und -Analyse für Pellets, Flocken und Bänder – ideal für kleinere Durchsätze, Probenahmen oder die Inspektion von eingehendem Material.

• Online-Erkennung: Echtzeit-Entfernung von Verunreinigungen während der Produktion
• Offline-Erkennung: Qualitätsbewertung von Proben

Systeme setzen je nach Anwendungsbedarf Röntgen- oder optische Sensoren ein und erkennen Verunreinigungen über 50 Mikron während der Produktion oder Probenahme.

Röntgenlaborgeräte können 3.000 Pellets (200 ml) in Sekundenschnelle analysieren und Verunreinigungen optisch hervorheben, um sie leicht zu entfernen – perfekt für die Qualitätsverbesserung.

Führende Hersteller kombinieren Online- und Offline-Systeme für eine umfassende Prozessoptimierung:

• Online: Schnelle Entfernung von Massenverunreinigungen
• Offline: Detaillierte Analyse der entfernten Verunreinigungen

Diese Interaktion ermöglicht die Rückverfolgung der Kontaminationsquelle durch die Erstellung einer Datenbank und verhindert zukünftige Qualitätsprobleme.

Diese Untersuchung unterstreicht die entscheidende Bedeutung der XLPE- und HPTE-Reinheit für die Isolierung von Mittel- und Hochspannungskabeln. Moderne Qualitätskontrollsysteme erkennen und entfernen Verunreinigungen vor dem Extrudieren – egal, ob sie von Rohmaterialien stammen oder während der Handhabung eingebracht werden.

Selbst mit herkömmlichen Filtern verhindert diese Technologie ein Verstopfen, indem sie kontaminierte Pellets eliminiert, die Produktionsläufe verlängert und gleichzeitig die Sicherheit gewährleistet. Die Röntgen-/Optik-Kombination garantiert eine 100 %-ige Qualitätskontrolle durch die Erkennung von inneren und Oberflächenfehlern.

Die Offline-Analyse der entfernten Verunreinigungen verbessert die Produktionsprozesse durch Reinheitsüberwachung und präventive Analysen weiter.

• Qualitätsgrundlage: Hochreine Materialien ermöglichen Kabel mit hervorragender Isolierung und langfristiger Zuverlässigkeit
• Kosteneffizienz: Eliminiert teure Ausfälle von Entladungsprüfungen und steigert die Effizienz der Produktionslinie
• Marktdifferenzierung: Die Lieferung von hochwertigen, hochzuverlässigen Kabeln schafft Kundenzufriedenheit und einen Wettbewerbsvorteil

In der risikoreichen Welt der Unterwasser-Stromübertragung ist Reinheit nicht nur eine Spezifikation – sie ist das ultimative Unterscheidungsmerkmal.