Hochspannungs­kabel prüfen. Was vor dem Zuschalten an Bord passiert.

Bevor ein Hochspannungskabel an Bord in Betrieb geht, wird jedes fertige Kabel samt Endverschlüssen geprüft: zuerst die Isolationsmessung, dann die Spannungsprüfung, danach Erden und eine zweite Isolationsmessung. So verlangen es die IACS-Anforderungen, die die Mitglieder der IACS anwenden. Welches Verfahren, welche Spannung und welche Dauer gelten, hängt von der Klasse und vom Kabelhersteller ab.

01Was gilt an Bord als Hochspannung?

Wechselstromnetze über 1 kV bis 15 kV. In der IEC 60092-503 und in IACS UR E11 heißt dieser Bereich „high voltage“^1,3. Im Deutschen spricht man an Land meist von Mittelspannung. An Bord sind das zum Beispiel Netze mit 6,6 oder 11 kV.

Kabel werden mit zwei Spannungen bezeichnet, etwa 6/10 kV. Die erste Zahl ist U0, die Spannung zwischen Leiter und Schirm. Die zweite ist U, die Spannung zwischen zwei Leitern. Die Prüfspannungen beziehen sich meist auf U0.

02Wie werden Hochspannungs­kabel an Bord geprüft?

Nach IACS UR E11 wird vor der Inbetriebnahme jedes fertige Kabel mit seinem Zubehör spannungsgeprüft, und zwar nach einer Isolationsmessung¹. Die Regel gilt für neue Hochspannungsanlagen und ausdrücklich auch für Erweiterungen bestehender Anlagen. Die Revision 4 der E11 gilt für Schiffe mit Bauvertrag ab 1. Juli 2022¹.

Für die Spannungsprüfung nennt E11 diese Wege¹:

• Kabel über 1,8/3 kV, Wechselspannung nach Empfehlung des Kabelherstellers: entweder 5 Minuten mit der Spannung zwischen zwei Leitern, angelegt zwischen Leiter und Schirm, oder 24 Stunden mit der Betriebsspannung.
• Kabel über 1,8/3 kV, Gleichspannung: 4 × U0 für 15 Minuten.
• Kabel bis 1,8/3 kV: Gleichspannung 4 × U0 für 15 Minuten.

Nach der Prüfung werden die Leiter so lange geerdet, bis die Restladung abgeflossen ist. Danach wird die Isolationsmessung wiederholt¹.

03Wo unterscheiden sich IACS, Klasse und IEC?

In Verfahren, Spannung und Dauer. Die IACS-Anforderung ist eine gemeinsame Grundlage, einzelne Klassen weichen davon ab. Ein Vergleich:

Was das in Kilovolt bedeutet, zeigt eine Beispielrechnung für zwei übliche Kabel:

Auch bei der Dauer der Wechselspannungsprüfung gibt es Unterschiede: E11 nennt 5 Minuten, die IEC 60092-354 und der Kabelhersteller Prysmian nennen 15 Minuten^1,4,5. Deshalb muss das Verfahren vor der Prüfung mit der Klasse und dem Kabelhersteller abgestimmt sein.

04Ist die Prüfung mit Gleichspannung unbedenklich?

Nicht ohne Weiteres. Prysmian empfiehlt die Gleichspannungsprüfung mit 4 U0 nur direkt nach der Verlegung, mit langsamem Hochfahren, und weist darauf hin, dass sie die Isolierung gefährden kann⁵. Gleichspannungsprüfungen an Kabeln mit vernetzter Isolierung sollte man deshalb nicht wiederholen. Für Anlagen, die schon in Betrieb waren, lässt die IEC 60092-354 niedrigere Prüfwerte zu. Bei der Prüfung mit Wechselspannung können zusätzlich Verlustfaktor und Teilentladung gemessen werden⁴.

05Warum misst man die Isolation vorher und nachher?

Weil erst der Vergleich zeigt, ob die Spannungsprüfung das Kabel verändert hat. E11 verlangt beide Messungen¹. Lloyd's Register nennt für die Isolationsmessung diese Prüfspannungen²:

Für Hochspannungskabel ist der Isolationswiderstand sehr hoch. Prysmian nennt über 10.000 MΩ·km bei 20 °C als zu erwartenden Wert⁵. Das ist ein Erwartungswert des Herstellers, kein Grenzwert für die Abnahme. Die Einheit zeigt, worauf es ankommt: Der Widerstand sinkt mit der Länge. Ein Kabel mit 10.000 MΩ·km hat bei 200 Metern Länge rund 50.000 MΩ. Messwerte lassen sich deshalb nur mit Länge und Temperatur vergleichen.

Zusätzlich lässt sich der Außenmantel prüfen. Prysmian nennt dafür nach IEC 60229 eine Prüfspannung von 4 kV je mm Manteldicke, höchstens 10 kV, für eine Minute⁵. Zusätzlich verlangt Lloyd's Register die Prüfung der Erdleiter und des Potentialausgleichs².

06Was gilt für Endverschlüsse?

Geprüft wird das fertige Kabel mit Endverschlüssen und Muffen, also erst nach deren Montage^1,3. Für die Endverschlüsse selbst gelten diese Regeln:

• Feldsteuerung: Endverschlüsse von Kabeln mit radialem Feld brauchen eine Feldsteuerung. Alle metallischen Teile des Schirms müssen sich erden lassen¹.
• Getrennt von Niederspannung: Endverschlüsse sitzen nicht im selben Gehäuse wie Niederspannungsgeräte³.
• Montage nach Hersteller: Die Montageanleitung des Herstellers gilt als ausreichende Dokumentation, wenn Prüfberichte dazu vorliegen³.
• Muffen: Die zulässige Prüfspannung für Muffen ist mit dem Hersteller zu klären⁵.

Für Ausrüstung ohne Typprüfung nennt E11 Mindest-Luftstrecken zwischen blanken Teilen, von Leiter zu Leiter und gegen Erde. Kleinere Abstände sind nur mit einer Stoßspannungsprüfung zulässig¹:

07Wie läuft die Prüfung sicher ab?

Nach den fünf Sicherheitsregeln und mit abgesperrtem Prüfbereich. Die Regeln aus DIN VDE 0105-100 beziehungsweise EN 50110-1 lauten⁶:

1. Freischalten
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
3. Spannungsfreiheit allpolig feststellen
4. Erden und kurzschließen
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Aufgehoben werden sie in umgekehrter Reihenfolge⁶. Für die Prüfung selbst empfiehlt Prysmian, den Zugang zum Prüfbereich zu beschränken und darauf zu achten, dass sich benachbarte Metallteile nicht aufladen. Nach einer Gleichspannungsprüfung wird geerdet⁵. Wer an Bord freischaltet und wer für die Anlage verantwortlich ist, muss vor der Prüfung feststehen.

08Was gehört in das Prüfprotokoll?

Lloyd's Register verlangt, dass die Prüfungen zur Zufriedenheit des Besichtigers ablaufen². Ein Formular geben die genannten Regeln nicht vor. Damit das Protokoll später als Nachweis taugt, empfehlen sich diese Angaben:

• Kennung, Typ und Länge des Kabels, Endverschlüsse und Muffen
• Prüfverfahren, Prüfspannung und Dauer
• Isolationswerte vor und nach der Prüfung mit Prüfspannung und Temperatur
• Messgeräte mit Seriennummer und Kalibrierdatum
• Erdungsdauer nach der Prüfung
• Ergebnis, Datum und Unterschriften der Beteiligten

09Welche Fehler sollte man bei der Prüfung vermeiden?

Diese Fehler ergeben sich direkt aus den Regeln oben:

• Isolation nur einmal gemessen statt vor und nach der Spannungsprüfung.
• Nach der Gleichspannungsprüfung nicht oder zu kurz geerdet.
• Verfahren nicht abgestimmt: Klasse, IACS und IEC nennen unterschiedliche Werte.
• Zu früh geprüft: Endverschlüsse oder Muffen waren noch nicht montiert.
• Endverschluss im Gehäuse mit Niederspannungsgeräten, Luftstrecken unterschritten, Schirme nicht geerdet.
• Kennzeichnung fehlt: Hochspannungskabel müssen besonders gekennzeichnet sein³.
• Isolationswerte ohne Länge und Temperatur verglichen.
• Gleichspannungsprüfungen an vernetzten Kabeln wiederholt.

10Wie wir es bei Electronautics machen

Hochspannungskabel schließen wir in Eigenleistung an und prüfen sie, inklusive HV-Prüfung und Protokoll. Während der Prüfung ist der Prüfbereich abgesperrt, die Werte gehen ins Prüfprotokoll. Erst danach wird zugeschaltet.

Hochspannungskabel an Bord werden als fertiges System geprüft, mit Isolationsmessung vorher und nachher. Welche Spannungsprüfung gilt, legen Klasse und Kabelhersteller fest, und die Werte unterscheiden sich spürbar. Klären Sie das Verfahren vor dem ersten Endverschluss.