Individueller Kabeltest macht krisenfest

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CSA Group Bayern GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

U.I. Lapp GmbH

Tests von Leitungen für Windkraftanlagen

Bei den Leitungen, die speziell im Loop der Windkraftanlage eingesetzt werden, kommt es hauptsächlich auf Torsionsfähigkeit bei langsamen Bewegungen, aber großen Drehwinkeln an. Da diese Leitungen auch oft Teil der Schutzmaßnahmen gegen Blitzeinschlag sind, kommt dem Kopplungswiderstand eine wichtige Funktion zu. Anlagenerrichter schreiben dafür anspruchsvolle Grenzwerte ins Lastenheft. Diese Leitungen können im Stuttgarter Testzentrum sowohl mechanisch als auch elektrisch geprüft werden. Eine weitere wichtige Forderung ist die Salzwasserbeständigkeit bei Steckverbindern. Diese prüfen Ingenieure ebenfalls im Haus.

Der 16 m hohe Schacht eines ehemaligen Aufzugs in einem Logistikgebäude eignet sich perfekt, um Turm und Gondel einer solchen Energieerzeugungskonstruktion realistisch nachzubilden. Das Konzept der Testanlage, bei der sämtliche Befestigungspunkte von Kabeln und Leitungen exakt wie unter realen Bedingungen konstruiert sind, wurde so bisher nur ein weiteres Mal in Europa umgesetzt. Die meisten Testanlagen sind bezüglich der Kabelaufhängung anders konstruiert, meist nicht so hoch und geben daher die Realität einer Windkraftanlage weniger naturgetreu wieder.

Motivation für die Errichtung der Testanlage war nicht zuletzt die Anforderung eines der größten deutschen Windanlagenhersteller, der nachweisen wollte, dass die Kabel in seinen Windtürmen ohne Schaden zu nehmen um 150° pro Meter gedreht werden können. Im Normalfall kann nur der Drehwinkel der Gondel, nicht aber der des Kabels mit Genauigkeit angegeben werden. Ein solcher Nachweis stellt also ein Sicherheitsplus im Gegensatz zu anderen Anlagen dar. Mit dem 12 m hohen Prüfstand können die Ingenieure der Lapp Gruppe diesen Nachweis erbringen. Des Weiteren liefert der Testschacht wertvolle Erkenntnisse bezüglich der Tauglichkeit verschiedener Kabelkonstruktionen und Materialien für die Entwicklung neuer Kabeltypen, die in der Windenergieerzeugung eingesetzt werden.

Die technische Funktionsweise beruht dabei auf der exakten Nachbildung der Torsionsbewegung. Die Leitungen sind ihrer realen Einbaulage entsprechend befestigt und werden frei hängend durch einen Servoantrieb an der Spitze der Konstruktion in ihrer gesamten Länge gedreht. Auch der Loop, zu dem die Kabel auf ihrem Weg zu den Transformatoren und Steuerschränken im unteren Teil des Turms gebündelt sind, wird wie in einer echten Windenergieanlage tordiert. Kameras überwachen die Vorgänge im Inneren der Anlage permanent und erfassen dabei die normalen Betriebsereignisse, wie Abrieb und mögliche Beschädigungen der Leitungen durch Schwingung.

Ganz neue Erkenntnisse lieferte die Windkraft-Testanlage beispielsweise bezüglich des Loops, der ein viel stärkeres Eigenleben entwickelt als man das bisher erwartet hatte. In der dritten Umdrehung der Gondel kommt es zu einer extremen Torsion und starken Verkürzung des Loops. In herkömmlichen Prüfständen mit bis zu 2,5 m Höhe sind solche Phänomene nicht nachweisbar. Die Erkenntnisse, die man bei Lapp mit der neuen Testanlage gewinnt, fließen in die Konstruktion neuer Leitungen ein, um die speziellen Anforderungen der Windenergiebranche noch besser abzudecken.

Künstliche Alterung und klimatische Prüfungen

Im Testzentrum werden auch Materialuntersuchungen durchgeführt, die über die in den gängigen Normen festgeschriebenen Kriterien wie mechanische Zugspannung, Reißdehnung vor und nach Alterung, Flammwidrigkeit oder Halogenfreiheit hinausgehen. So testen die Prüfspezialisten etwa die Werkstoffbeständigkeit mittels künstlicher Alterung oder führen klimatische Prüfungen durch künstliche Bewitterung durch. Mit Hilfe einer aufwendigen Materialanalysetechnik können sie genau herausfinden, wie sich die Werkstoffe zusammensetzen und welche thermischen Eigenschaften sie besitzen.

Die beschriebenen Beispiele möglicher Probleme und individuell zugeschnittener Prüfverfahren zeigen, dass die gesetzlichen und normativen Anforderungen nicht ausreichen, um die Komplexität aller in der Realität vorkommenden Anwendungen abzubilden. Es ist notwendig, zusätzlich zu den Standardprüfungen individuelle Tests durchzuführen, um Spezialanforderungen zu erfüllen und Erkenntnisse für die kontinuierliche Optimierung der Produktpalette zu erlangen. Kabelhersteller, die sich mit ihren Kunden austauschen und stets neue Prozesse in ihre Prüfabläufe einbeziehen, können die Langlebigkeit und Qualität der Produkte besser garantieren und sichern sich so einen Wettbewerbsvorteil.

* Werner Körner ist Entwicklungsleiter bei U.I. Lapp in Stuttgart.

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