Hochspannung unter der Erde

Spezialbeton PowerCrete erhöht Leistungsfähigkeit einer Kabeltrasse

• Ausbau des 110-kV-Netzes in der Rhein-Main-Region mit Hochspannungserdkabeln
• Hochwärmeleitfähigkeit von PowerCrete® Beton erhöht Übertragungsleistung
• Engmaschige Qualitätsüberwachung des Bettungsmaterials

Auf dem Gelände eines Umspannwerks* im Rhein-Main-Gebiet wurde eine neue 110 kV-Schaltanlage mitsamt Kabeltrassen für Hochspannungserdkabel gebaut. Diese Kabel binden die Anlage ins bestehende Stromnetz ein. Im Fokus stand eine kompakte Bauweise bei maximaler Übertragungskapazität. Dafür wurde der hochwärmeleitfähige Spezialbaustoff PowerCrete-Beton von Heidelberg Materials eingesetzt, der als Bettungsmaterial die beim Stromtransport entstehende Wärme effizient ins Erdreich ableitet und damit eine hohe Übertragungsleistung sichert.

Das Rhein-Main-Gebiet ist ein dynamisch wachsender Wirtschaftsraum. Entsprechend steigt dort der Strombedarf. Das Rückgrat einer stabilen Stromversorgung ist ein leistungsfähiges 110-kV-Netz. Für dieses Hochspannungsnetz ist das betroffene Umspannwerk ein wichtiger Netzknoten, der verschiedene Leitungen und Spannungsebenen miteinander verbindet und für ein stabiles Stromnetz in der Region sorgt. 

Mehr Versorgungssicherheit

Dieses Netz möchte der Netzbetreiber sukzessive erweitern und schrittweise leistungsfähiger machen. Eine wichtige Etappe ist der Bau der neuen 110-kV-GIS-Schaltanlage. „Diese haben wir über Hochspannungserdkabel mit der bestehenden Freiluftschaltanlage verbunden. Dadurch lässt sich die Versorgungsicherheit deutlich erhöhen“, sagt der zuständige Projektleiter*. „Aufgrund der begrenzten Fläche auf dem Gelände mussten wir die Trasse möglichst kompakt ausführen, wollten aber dennoch die maximale Stromauslastung erreichen“, ergänzt der Elektroingenieur. „Daher haben wir uns für den hochwärmeleitfähigen PowerCrete Beton als Bettungsmaterial entschieden.“ 

Effiziente Wärmeableitung

Tatsächlich weist der Spezialbaustoff im getrockneten Zustand, also im Endausbau, eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 3 W/(m·K) aus – deutlich mehr als herkömmlicher Beton. „Durch diese hohe Wärmeableitung konnten wir die Kabelschutzrohre in den Gräben platzsparend betten und beispielsweise in der Haupttrasse vier Rohrsysteme mit jeweils drei Rohrtrassen unterbringen“, erklärt der Oberbauleiter des Bauunternehmens. Alle Trassen wurden in offener Bauweise angelegt und insgesamt 3,1 Kilometer Kabelschutzrohre eingebaut. Die Rohre sind in den Kabelgräben in Dreierpaketen nebeneinander gebettet und über Haltebänke fixiert, um ein Aufschwimmen der Rohre während der Betonage zu vermeiden.

Gute Fließ- und Pumpfähigkeit

„Entscheidend ist, dass der Beton die Rohre vollflächig, homogen und porenfrei umschließt. PowerCrete Beton ist aufgrund seiner Fließfähigkeit dafür bestens geeignet“, erklärt der Oberbauleiter. Damit sich der Beton optimal verteilen kann, müsse er jedoch verdichtet werden. Die gute Fließ- und Pumpfähigkeit von PowerCrete Beton hat die Arbeit insgesamt erleichtert. „Durch das Material waren wir flexibler im Einbau“, betont der Bauverantwortliche. So konnte das Team wegen der Oberleitung nicht mit dem Mischfahrzeug bis an den Kabelgraben heranfahren und musste das Material stattdessen mit einer Pumpe rund 130 Meter zum Verfüllort befördern. „Dadurch waren wir in der Lage, an einem Tag so viel Material einzubauen wie sonst in drei bis vier Bauabschnitten mit mehreren Freischaltungen der Oberleitungen“, freut sich der Experte. Ende April dieses Jahres war die Betonage abgeschlossen. Im 4. Quartal soll die Anlage schließlich ans Netz gehen.  

Engmaschige Prüfungen sichern Qualität

Auch Joel Wagner, Projektmanager Technischer Vertrieb bei Heidelberg Materials, zieht ein positives Fazit. Dank der eng getakteten Probenahme und Überprüfung vor und während des Projekts sei die Qualität des Produkts jederzeit sichergestellt worden. „Anfangs wurde jeder Betonmischer sogar doppelt beprobt, und durch einen externen Gutachter verifiziert, der uns die sehr gute Wärmeleitfähigkeit von PowerCrete Beton bestätigt hat.“ Bestimmt wurden unter anderem Konsistenz, Rohdichte, Druckfestigkeit, Kornzusammensetzung, Mischzeit und Temperatur des Frischbetons sowie die Wärmeleitfähigkeit.

Überprüfung der Wärmeleitfähigkeit

Zur Überprüfung dieses Schlüsselparameters werden gemäß DIN EN 12390-2 Prüfkörper mit 100 mm Kantenlänge hergestellt, bei etwa 20 °C für 28 Tage gelagert und im Anschluss bis zur Massekonstanz bei 60 °C getrocknet. Anschließend kann die Wärmeleitfähigkeit der Proben ermittelt werden. Dabei kommt ein Wärmeleitfähigkeitsmessgerät vom Typ ISOMET 2114 mit einer Oberflächensonde zum Einsatz, die auf die saubere, glatte Oberfläche des getrockneten Prüfkörpers aufgesetzt wird. „Das Gerät zeigte bei allen WPK-Proben eine Wärmeleitfähigkeit größer 3 W/(m·K) an; somit waren wir immer im Soll“, bestätigt Wagner.

*Der genaue Standort des Umspannwerks und die Namen der beteiligten Personen werden aus Sicherheitsgründen nicht veröffentlicht.

Objektsteckbrief

• Projekt: Erdkabeltrasse 110 kV
• Produkt: ca. 900 m³ PowerCrete® Beton
• Lieferwerk: Heidelberg Materials Beton DE GmbH, Werk Frankfurt, Region Süd-West
• Qualitätsüberwachung: Betotech Baustofflabor GmbH , Frankfurt; zentrales Baustofflabor, Leimen
• Kontakt: beton.spezialprodukte@heidelbergmaterials.com

Bildunterschriften

Bild 1: Durch seine gute Fließ- und Pumpfähigkeit lässt sich PowerCrete gut handhaben und einbauen. Auch die Rohre werden vollflächig, homogen und porenfrei umschlossen. © Heidelberg Materials AG, Klaus Helbig

Bild 2: Bei der Stromübertragung durch Erdkabel ist eine effiziente Wärmeabfuhr der entscheidende Faktor. Je besser die Wärme ins Erdreich abgeleitet wird, desto größer ist die Übertragungskapazität. © Heidelberg Materials AG, Klaus Helbig

Bild 3: Das betroffene Umspannwerk ist ein wichtiger Netzknoten, der verschiedene Leitungen und Spannungsebenen miteinander verbindet. 
© Heidelberg Materials AG, Klaus Helbig