Branchenkenntnisse
Warum isolierte Luftkabel blanke Freileitungen ersetzen und was der Übergang erfordert
Der Austausch blanker Freileitungen durch Isoliertes Antennenkabel s (AIC) in Verteilungsnetzen wird durch eine Kombination aus Sicherheits-, Zuverlässigkeits- und Wartungsfaktoren bestimmt, die sich in bestimmten Installationsumgebungen erheblich verstärken. Blanke Leiter auf Holz- oder Betonmasten sind seit über einem Jahrhundert die Standard-Freileitungsverteilungstechnologie, aber ihre Leistung in dicht bewachsenen Gebieten, Küstenumgebungen und städtischen Netzen mit hoher Fehlerrate hat zu einer weit verbreiteten Einführung isolierter Alternativen geführt, die in den 1970er Jahren in Skandinavien begann und sich in den folgenden Jahrzehnten zunehmend in Asien, Afrika und Lateinamerika durchsetzte.
Der wichtigste technische Vorteil isolierter Luftkabel gegenüber blanken Leitern ist die Reduzierung des Fehlerstroms durch den Kontakt zwischen Leiter und Baum. Eine blanke 11-kV-Verteilungsleitung, die durch Baumkronen verläuft, erfordert einen Freiraum von 2–3 Metern auf jeder Seite, um den Kontakt der Zweige unter Windlast zu verhindern. Ein isoliertes Luftkabel kann einen direkten Abzweigkontakt ohne Fehlerauslösung tolerieren, da die Isolierung der Berührungsspannung für die Dauer des Kontaktereignisses standhält. Dadurch können die Breiten der Wegerechten um 40–60 % reduziert werden, was die Rodungskosten und die Umweltbelastung in Waldregionen erheblich reduziert. Die Isolierung bietet keine dauerhafte Kontakttoleranz – anhaltender Abzweigdruck führt schließlich zur Abnutzung des Mantels und zum Eindringen in den Leiter –, aber sie wandelt potenziell schwerwiegende sofortige Fehler in beherrschbare, sich langsam entwickelnde Zustände um, die erkannt und behoben werden können, bevor es zu Ausfällen kommt.
Der Übergang von blanken zu isolierten Antennensystemen erfordert Änderungen in der Hardware, der Installationspraxis und der Koordinierung der Schutzsysteme, die bei der Projektplanung oft unterschätzt werden. Anschlüsse für blanke Leiterstangen – Klemmisolatoren, Spulenisolatoren und Traversenbeschläge – sind nicht mit der AIC-Installation kompatibel, die Tragdrahtstützsysteme, vorgeformte Spiralgriffe, Aufhängeklemmen und Zugklemmen erfordert, die für den spezifischen Kabelaußendurchmesser und die mechanische Spannungsbewertung ausgelegt sind. Die Einstellungen der Schutzrelais, die für Fehlerströme blanker Leiter kalibriert wurden, müssen für isolierte Kabel neu kalibriert werden, bei denen die Isolierung die Fehlerentwicklung verzögert und das von den Überstromrelais erkannte Zeit-Strom-Profil verändert. Bei Versorgungsunternehmen, die AIC-Leiter auf Hardware installieren, die für blanke Leiter ausgelegt ist, oder die es versäumen, die Einstellungen der Schutzrelais anzupassen, kommt es in der Übergangszeit häufig zu Fehlerkennungen oder Fehlauslösungen.
Tragdrahtkonstruktion in gebündelten Niederspannungs-Antennenkabeln und ihre Auswirkung auf Durchhang und Spannung
Gebündelte Niederspannungs-Luftkabel (ABC, typischerweise 0,6/1 kV ausgelegt) sind in zwei mechanischen Konfigurationen erhältlich: mit einem speziellen blanken oder isolierten Tragdraht, der die volle mechanische Last des Bündels trägt, und selbsttragenden Konfigurationen, bei denen einer der isolierten Leiter als mechanischer Neutralleiter dient. Die Wahl zwischen diesen Konfigurationen hat erhebliche Auswirkungen auf die Spannweite, die Installationsspannung, das Durchhangverhalten bei Temperaturschwankungen und die langfristige mechanische Zuverlässigkeit.
Beim kurbelgestützten ABC handelt es sich bei dem Tragseil typischerweise um einen verzinkten Stahldraht oder einen stahlverstärkten Aluminiumleiter (ACSR), der unabhängig von den Anforderungen an den elektrischen Strom ausgewählt wird. Der Messenger trägt die Traglast des gesamten Kabelbündels, und die isolierten Leiter hängen in regelmäßigen Abständen – typischerweise alle 0,5–1,0 Meter entlang der Spannweite – mit Kabelbindern oder vorgeformten Klemmen daran. Die mechanische Konstruktion des Messengers wird durch die maximale Auslegungsspannweite des Kabels, die für die Installationsregion geltenden Wind- und Eisbelastungsbedingungen und den maximal zulässigen Durchhang (der sich auf die erforderliche Masthöhe über dem Boden auswirkt) bestimmt. Bei einer Spannweite von 60 Metern in einer mäßigen Windzone mit einem 4-adrigen 4×70 mm² ABC-Bündel kann die Spannung des Trägers unter maximalen Lastbedingungen 8–12 kN erreichen, was eine Bruchfestigkeit des Trägers von mindestens 24–36 kN mit einem Sicherheitsfaktor von 3 erfordert. Die Verwendung eines zu kleinen Trägers, der im Sommer einen übermäßigen Durchhang entwickelt (wenn die Aluminiumleiter durch Wärmeausdehnung gedehnt werden), kann dazu führen, dass das Bündel mit Strukturen oder Vegetation unterhalb der vorgesehenen lichten Höhe in Kontakt kommt.
Beim selbsttragenden ABC entfällt der separate Bote, da der Neutralleiter sowohl als elektrischer Neutralleiter als auch als mechanischer Lastträger verwendet wird. Der Neutralleiter in dieser Konfiguration muss mechanisch für die volle Traglast ausgelegt sein, was bedeutet, dass er häufig aus ACSR (Aluminiumleiterstahl verstärkt) oder einer hartgezogenen Aluminiumlegierung anstelle des in den Phasenleitern verwendeten geglühten Aluminiums besteht. Die Spannung im Neutralleiter muss bei maximaler Eis- und Windbelastung innerhalb der Nennspannungsgrenze des Leiters liegen, die die maximal erreichbare Spannweite einschränkt. Für selbsttragende Niederspannungs-ABC liegen die typischen maximalen Spannweiten je nach Leitergröße und regionaler Belastungsklasse zwischen 40 und 80 Metern. Über diese Spannweiten hinaus sind Zwischenstützmasten erforderlich, selbst wenn der Spannungsabfall über der Spannweite eine längere elektrische Spannweite ermöglichen würde. Die selbsttragende Konfiguration ist einfacher zu installieren (keine separate Installation eines Trägers erforderlich), bietet jedoch bei ungewöhnlichen Spannweitengeometrien oder Bedingungen mit hoher Eisbelastung weniger Designflexibilität als Trägersysteme.
Auswahl des Isoliermaterials für Mittelspannungs-Luftkabel in anspruchsvollen Umgebungen
Mittelspannung Isoliertes Antennenkabel s (typischerweise 10–35 kV) werden unter anhaltender UV-Einstrahlung, großen Temperaturwechseln und direktem Wetterkontakt betrieben – Bedingungen, die wesentlich höhere Anforderungen an die Leistung des Isoliermaterials stellen als die geschützte Umgebung von Erd- oder Innenkabelinstallationen. Die Isolierung muss gleichzeitig eine für die Spannungsklasse ausreichende Spannungsfestigkeit bieten, über eine Lebensdauer von 30–40 Jahren Photodegradation und thermischer Oxidation standhalten und eine ausreichende mechanische Flexibilität für die Installation bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Diese Anforderungen deuten eher auf vernetzte Polymerisolationssysteme als auf thermoplastische Materialien hin.
XLPE (vernetztes Polyethylen) ist aufgrund seiner Kombination aus hoher Durchschlagsfestigkeit, niedriger Dielektrizitätskonstante, hervorragender UV-Beständigkeit mit geeigneten Ruß- oder UV-Stabilisatorzusätzen und einer Temperaturbeständigkeit von 90 °C Dauerbetrieb/250 °C Kurzschluss das vorherrschende Isolationsmaterial für Mittelspannungs-AIC. Im Gegensatz zu thermoplastischem PE erweicht oder fließt XLPE unter anhaltender mechanischer Belastung bei erhöhten Temperaturen nicht – eine kritische Eigenschaft für Freileitungen, die im Sommer bei Spitzenlast bei hohen Temperaturen betrieben werden können. Das Vernetzungsnetzwerk verhindert Dimensionsänderungen, die sonst bei reinem PE oberhalb seiner kristallinen Schmelztemperatur (~125 °C) auftreten würden, und behält die Isolationsgeometrie und damit den Wellenwiderstand unter allen Betriebsbedingungen bei.
EPR (Ethylen-Propylen-Kautschuk) wird in Mittelspannungs-AIC für Anwendungen verwendet, die eine höhere Flexibilität bei niedrigen Installationstemperaturen oder eine von Natur aus überlegene Feuchtigkeitsbeständigkeit erfordern. EPR-isolierte AIC-Kabel bleiben auch bei –40 °C flexibel und können in arktischen oder hochgelegenen Umgebungen, in denen XLPE-isolierte Kabel gefährlich spröde werden, installiert und gehandhabt werden, ohne dass die Gefahr von Isolationsrissen besteht. Die amorphe Molekularstruktur von EPR sorgt auch ohne die in XLPE erforderlichen baumhemmenden Additivpakete für eine inhärente Beständigkeit gegen Wasserbaumbildung – relevant für AIC-Installationen in Küstenumgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, in denen Feuchtigkeitskondensation auf der Isolieroberfläche ein ständiger Zustand ist. Der Kompromiss ist die höhere Dielektrizitätskonstante von EPR (2,8–3,5 gegenüber 2,3 für XLPE), die den kapazitiven Ladestrom des Kabels erhöht – eine untergeordnete Überlegung bei Mittelspannung, aber relevant für lange ländliche Zuleitungen, bei denen der Ladestrom einen messbaren Bruchteil der thermischen Strombelastbarkeit ausmacht.
Der Außenmantel des Mittelspannungs-AIC ist eine separate UV-stabilisierte schwarze Polyethylen- oder HDPE-Schicht, die über der Isolierung aufgebracht wird. Die Hauptfunktionen der Jacke sind UV-Schutz (Ruß mit 2–3 Gewichtsprozent sorgt für eine Breitspektrum-UV-Absorption), mechanischer Schutz vor Abrieb durch Astkontakt und Vogelschnabelschutz – ein erhebliches Problem in Regionen mit großen Rabenvögeln oder Papageien, die an der Kabelisolierung picken. Die Härte und Wandstärke des Mantels sind so festgelegt, dass sie Vogelangriffen standhalten. Einige AIC-Spezifikationen erfordern eine Mindestmantelhärte von 50–55 Shore D und eine Mindestwandstärke des Mantels von 1,5–2,0 mm, um speziell diesem Fehlermodus in anfälligen geografischen Regionen zu begegnen.
Vergleich von isolierten Niederspannungs- und Mittelspannungs-Antennenkabelkonstruktionen
Sowohl Niederspannung als auch Mittelspannung Isoliertes Antennenkabel Obwohl sie für den Freiluftbetrieb konzipiert sind, unterscheiden sich ihre Konstruktionen grundlegend in mehreren Parametern, abhängig von den unterschiedlichen Spannungsklassen, mechanischen Belastungsanforderungen und Installationsumgebungen. Das Verständnis dieser Unterschiede hilft Versorgungsunternehmen und Projektingenieuren, korrekte Spezifikationen zu erstellen und die Anwendung von NS-Kabelpraktiken auf MS-Installationen oder umgekehrt zu vermeiden.
| Parameter | Niederspannungs-AIC (0,6/1 kV) | Mittelspannungs-AIC (10–35 kV) |
| Isoliermaterial | XLPE oder PVC (0,7–1,2 mm Wandstärke) | XLPE oder EPR (3,4–8,0 mm Wand je nach Spannung) |
| Dirigentenbildschirm | Nicht erforderlich | Ab ~6 kV U0 ist ein halbleitender Leiterschirm erforderlich |
| Isolierschirm/Metallschirm | Nicht erforderlich | Halbleiterisolationsschirm, Kupferdraht oder Bandschirm erforderlich |
| Leitermaterial | Geglühtes Aluminium (Vollaluminiumbündel); Stahlverstärkter Neutralleiter für selbsttragende Konstruktion | AAAC (Vollaluminiumlegierungsleiter) oder ACSR für Einzelleiter; bevorzugt wird eine hartgezogene Aluminiumlegierung |
| Typische Spannen | 40–80 m (selbsttragend); bis zu 100 m mit dediziertem Messenger | 60–150 m je nach Leitergröße und Belastungszone |
| Installationsmethode | Bündel aneinandergereiht; Spiralgriff an den Stützen | Einadrige Kabel separat am Messenger aufgereiht; Phasenabstand wird durch Abstandshalter aufrechterhalten |
| Relevante Standards | IEC 60502-1, NFC 33-209, AS/NZS 3560 | IEC 60502-2, NFC 33-032, CENELEC HD 626 |
Die Anforderung an halbleitende Leiter- und Isolationsschirme in Mittelspannungs-AIC ist der folgenreichste Konstruktionsunterschied und wird von Beschaffungsteams, die nur mit Niederspannungskabelspezifikationen vertraut sind, häufig missverstanden. Ohne die Leiterabschirmung ist das elektrische Feld an der Oberfläche eines Litzenleiters sehr ungleichmäßig – es konzentriert sich auf Litzenkanten und Oberflächenvorsprünge – und an diesen Konzentrationspunkten beginnt eine Teilentladung. In einem 10-kV-AIC-Kabel kann der elektrische Feldgradient an einer ungeschirmten Leiteroberfläche das 5- bis 10-fache des durchschnittlichen Feldes in der Isolierung betragen und weit über der Teilentladungsschwelle von XLPE liegen. Der halbleitende Schirm homogenisiert dieses Feld, indem er der Isolierung eine glatte, kontinuierliche Äquipotentialoberfläche bietet und das Spitzenfeld auf nahezu den Durchschnittswert reduziert. Das Weglassen oder unsachgemäße Anbringen der Leiterabschirmung an einem Mittelspannungs-AIC-Kabel – was bei einem Niederspannungskabel nicht passieren kann, weil für Niederspannungskabel keine solche Anforderung besteht und der Konstruktionsschritt einfach nicht vorhanden ist – führt zu einer durch Teilentladung verursachten Verschlechterung, die die Lebensdauer des Kabels von den erwarteten 30–40 Jahren auf möglicherweise 3–5 Jahre verkürzt.
Wind- und Eisbelastungsstandards für die mechanische Konstruktion von Luftkabeln: Wie das regionale Klima die Leiterauswahl beeinflusst
Die mechanische Konstruktion isolierter Luftkabel – Leiterlegierung, Querschnitt, Verseilungsdesign und Nennwerte der Stützhardware – wird durch die maximale kombinierte Wind- und Eisbelastung bestimmt, der das Kabel ohne dauerhafte Verformung oder Litzenversagen standhalten muss. Verschiedene regionale Normen definieren Entwurfsbelastungsfälle auf der Grundlage lokaler Klimadaten. Die Auswahl eines mechanischen Kabelentwurfs, der für ein gemäßigtes europäisches Klima optimiert ist, und die Installation in einer kanadischen oder norwegischen Umgebung mit hoher Eisbelastung ist ein systematischer Entwurfsfehler, der in den ersten Betriebsjahren zu übermäßigem Durchhang, Herausziehen des Steckers oder Ermüdungsversagen des Leiters führt.
Die Norm IEC 60826 bildet den Rahmen für die mechanische Konstruktion von Freileitungen und definiert drei Belastungszuverlässigkeitsstufen (I, II, III), die Wiederkehrperioden von 50, 150 und 500 Jahren für das Auslegungsereignis Wind und Eis entsprechen. Die meisten Spezifikationen für Versorgungsunternehmen verwenden Zuverlässigkeit der Stufe I oder II. Im IEC-Rahmen wird die Eisbelastung durch die äquivalente Eisdicke auf dem Leiter – typischerweise 0 mm (eisfrei), 10 mm, 20 mm oder 30 mm – bei gleichzeitigem Winddruck charakterisiert. Eine 30-mm-Eishülse auf einem 95-mm²-Leiter erhöht die Eigenlast des Leiters um etwa 2,5 kg/m; Bei einer Spannweite von 100 Metern entspricht dies einer zusätzlichen Traglast von 250 kg, die die Seil- und Mastbeschläge tragen müssen. Die maximale Leiterspannung unter dieser Bedingung muss zusammen mit der anfänglichen Installationsspannung unter der Nenn-Tagesspannung (RET) des Leiters bleiben – typischerweise 20–25 % der Nennzugfestigkeit (RTS) des Leiters für Leiter aus Aluminiumlegierung in Verteilungsnetzen.
Die Windbelastung auf isolierte Luftkabel unterscheidet sich von der Windbelastung auf blanke Leiter, da der größere Außendurchmesser eines isolierten Kabels dem Winddruck eine größere Querschnittsfläche bietet. Ein 95 mm² großer, blanker ACSR-Leiter hat einen Außendurchmesser von ca. 13,5 mm; Derselbe mit XLPE isolierte Leiter für den 10-kV-Betrieb kann einen Außendurchmesser von 28–32 mm haben, was mehr als das Doppelte der Windwiderstandskraft pro Längeneinheit erzeugt. Kabellieferanten, die mechanische Spezifikationen auf der Grundlage des Leiterquerschnitts bereitstellen, ohne den vergrößerten aerodynamischen Durchmesser der isolierten Kabelbaugruppe zu berücksichtigen, werden die Auslegungswindlast systematisch unterschätzen, was möglicherweise dazu führt, dass Kabel ihre maximale Alltagsspannung unter Auslegungswindbedingungen auch ohne Eisbelastung überschreiten. Beschaffungsspezifikationen sollten ausdrücklich vorschreiben, dass bei der mechanischen Konstruktionsberechnung der Gesamtaußendurchmesser des Kabels und nicht nur die Eigenschaften des blanken Leiters berücksichtigt werden.
Die Auswahl der Leiterlegierung wirkt sich durch das Konzept des Kriechens direkt auf die Eisbelastungsleistung aus. Bei Aluminiumleitern kommt es unter anhaltender Spannung zu einer zeitabhängigen Dehnung (Kriechen), die sich von der elastischen Dehnung unterscheidet. Das Kriechen erholt sich nicht, wenn die Last entfernt wird, was zu einem dauerhaften Anstieg des Durchhangs über die Lebensdauer führt. Geglühtes Aluminium (aus Gründen der Flexibilität in Niederspannungs-ABC-Leitern verwendet) weist bei gleicher Spannung deutlich höhere Kriechraten auf als hartgezogene Aluminiumlegierungen (AAAC, AAAR). In eisgefährdeten Regionen, in denen die Leiter bei Eisbelastungen regelmäßig hohen Spannungen ausgesetzt sind, führt die Verwendung von geglühten Aluminiumleitern über einen Zeitraum von 10–15 Jahren zu einem fortschreitenden Anstieg des Durchhangs, der schließlich gegen die Anforderungen an die Bodenfreiheit verstößt. Die Spezifikation von Leitern aus hartgezogener Aluminiumlegierung mit Kriechvorspannung während der Installation ist die standardmäßige konstruktive Gegenmaßnahme in Regionen mit regelmäßiger Eisbelastung.
Verbinden und Anschließen isolierter Luftkabel: Praktiken, die die langfristige Zuverlässigkeit bestimmen
Die Verbindungen und Abschlüsse isolierter Luftkabel sind statistisch gesehen die häufigsten Orte für vorzeitige Ausfälle in Luftverteilungsnetzen. Ein ordnungsgemäß hergestelltes Kabel, das alle elektrischen und mechanischen Spezifikationen erfüllt, kann durch eine einzige schlecht ausgeführte Verbindung oder einen falschen Abschluss unzuverlässig werden, und bei einer Freileitungsinstallation führen Verbindungsausfälle typischerweise zu Leerlauffehlern, die Ausfälle verursachen, und nicht zu Erdschlüssen, für deren schnelle Erkennung und Behebung Freileitungsschutzrelais optimiert sind. Das Verständnis der entscheidenden Schritte beim Verbinden und Anschließen von Luftkabeln erklärt, warum spezielle Schulungen und Werkzeuge für diese Vorgänge nicht verhandelbar sind.
LV-Antennenbündelkabelverbindungen
Niederspannungs-ABC-Verbindungen werden mithilfe von Durchdringungsverbindern (auch Isolationsdurchdringungsverbinder oder IPCs genannt) hergestellt, die auf das isolierte Kabel geklemmt werden, ohne dass die Isolierung abisoliert werden muss. Der Steckverbinderkörper enthält Durchstechzähne aus rostfreiem Stahl, die die Isolierung durchdringen und Kontakt mit dem Leiter herstellen, wenn der Steckverbinder mithilfe einer Scherkopfschraube auf den angegebenen Wert angezogen wird. Die Schraube wird bei einem definierten Drehmoment abgeschert, was eine fühlbare Bestätigung liefert, dass die richtige Kontaktkraft erreicht wurde, und ein zu starkes Anziehen verhindert, das die Leiterlitzen beschädigen könnte. Der Piercing-Steckerkörper ist selbstdichtend gegen das Eindringen von Feuchtigkeit an den Durchdringungspunkten. Der entscheidende Installationsparameter ist das Scherdrehmoment – die Verwendung eines Standardschlüssels und die Schätzung des Drehmoments nach Gefühl führt zu inkonsistent abgeschlossenen Verbindungen, die entweder zu stark unterkomprimiert (hoher Kontaktwiderstand) oder zu stark komprimiert (Litzenbeschädigung) werden. IPCs müssen mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel oder dem proprietären Drehmomentbegrenzungsschlüssel installiert werden, der vom Steckverbinderhersteller für die jeweilige Steckverbinderserie bereitgestellt wird.
MV-Luftkabelverbindungen und Endverschlüsse
Mittelspannung AIC joints and terminations require restoration of each insulation layer in the correct sequence — conductor screen, insulation, insulation screen, metallic screen, and outer jacket — using materials that are electrically and mechanically compatible with the cable's original construction. Pre-formed cold-shrink or heat-shrink joint kits from reputable manufacturers provide calibrated material volumes and assembly sequences for specific cable families. The most critical step is the preparation of the insulation screen at the joint interface: the transition from screened to unscreened insulation must be smooth and gradual (typically a penciled taper of 15–25 mm length) to prevent field concentration at the screen cutback. An abrupt screen cutback — caused by using cutting tools that score the insulation surface or failing to taper the semiconductor layer — creates a triple point (conductor screen, insulation, and surrounding air meet at a single geometric point) where the electric field concentration can be 10–20 times the average field in the insulation, initiating partial discharge at operating voltage even when the rest of the joint is correctly assembled.
Außenanschlüsse an MV-AIC unterliegen der Nachverfolgung – der Bildung leitfähiger Kohlenstoffpfade entlang der Isolationsoberfläche, die durch Schmutzablagerungen in Kombination mit periodischer Benetzung verursacht werden. Die Spurbildung entwickelt sich schrittweise: Trockenbandlichtbögen an den Grenzen von Nass- und Trockenzonen auf der Isolationsoberfläche erzeugen ausreichend Energie, um die Isolationsoberfläche lokal zu karbonisieren, und wiederholte Lichtbogenzyklen verlängern den Kohlenstoffweg über Monate oder Jahre hinweg in Richtung des unter Spannung stehenden Leiters. Die Standard-Gegenmaßnahme ist die Verwendung von Wärmeschrumpf- oder Kaltschrumpf-Abschlusssätzen für den Außenbereich, die einen hochkriechstromfesten Wetterschutz aus Silikonkautschuk enthalten – eine Reihe schirmförmiger Rippen, die die Kriechweglänge zwischen dem unter Spannung stehenden Leiter und der geerdeten Metallabschirmung vergrößern und Regen ableiten, um die Bildung kontinuierlicher nasser Verunreinigungsschichten zu verhindern. In Umgebungen mit hoher Umweltverschmutzung (Küstengebiete, Industriegebiete, Wüstenregionen mit alkalischem Staub) erhöht sich die erforderliche Kriechstrecke pro kV Nennspannung über die Standardspezifikation IEC 60071 hinaus, was entweder längere Schuppenabschlüsse oder eine umweltfreundliche Silikonfettbehandlung der Wetterschuppen erfordert.
Fehlererkennungs- und Schutzkoordinierungsunterschiede zwischen bloßen Freileitungen und luftisolierten Kabelnetzen
Die Umstellung eines Verteilungsnetzes von blanken Freileitungen auf isolierte Luftkabel verändert das Fehlerverhalten des Netzes in einer Weise, die entsprechende Änderungen an den Einstellungen der Schutzrelais, den Betriebsabläufen des Wiedereinschaltgeräts und der Fehlererkennungsphilosophie erfordert. Bei Versorgungsunternehmen, die AIC installieren, ohne die Schutzkoordination zu überprüfen und anzupassen, kommt es häufig zu Phasen, in denen Fehler entweder nicht erkannt werden (Schutz, der bei hochohmigen Fehlern, die die Isolierung verzögern, nicht auslöst) oder Störungen auftreten (Schutz, der isolierungsbegrenzte vorübergehende Fehler fälschlicherweise als permanente Fehler interpretiert, die eine Abschaltung erfordern).
Die bedeutendste Änderung betrifft das Verhalten von Leiter-zu-Leiter- und Leiter-zu-Baum-Kontaktfehlern. Bei einer blanken Freileitung erzeugt ein Phase-zu-Phase-Kontakt durch windbedingtes Galoppieren oder durch einen umgestürzten Baumzweig einen verschraubten Fehler mit sehr niedriger Impedanz – typischerweise weniger als 1 Ω Lichtbogenwiderstand – und erzeugt Fehlerströme, die von Überstromelementen innerhalb von Millisekunden leicht erkannt werden. Bei einem isolierten Luftkabel erzeugt derselbe Kontakt einen Fehlerstrom, der durch den Isolationswiderstand und die Kapazität des Kabels und nicht direkt zwischen den Leitern fließen muss. Bei einem frischen Kontakt durch unbeschädigte Isolierung darf der Fehlerstrom nur wenige Ampere betragen – unterhalb der Ansprechschwelle von Überstromrelais, die für blanke Leiterfehler kalibriert sind. Unter der anhaltenden elektrischen Belastung verschlechtert sich die Isolierung zunehmend und der Fehlerstrom steigt über Minuten bis Stunden an, bis er die Ansprechschwelle des Relais erreicht. Diese verzögerte Fehlerentwicklung bedeutet, dass es 30 bis 90 Minuten dauern kann, bis sich ein Fehler, der in einem blanken Leiternetz in 0,3 Sekunden behoben worden wäre, so weit entwickelt, dass das Relais in einem isolierten Kabelnetz auslöst – was möglicherweise zu einer anhaltenden Verschlechterung der Isolierung, Kabelerwärmung und Feuerentzündung in der trockenen Vegetation, wo das Kabel liegt, führen kann.
Die entsprechende Änderung der Schutzphilosophie für AIC-Netzwerke besteht darin, den Standard-Überstromschutz durch einen Erdschlussschutz zu ergänzen, der empfindlich genug ist, um die durch isolationsbegrenzte Kontaktfehler erzeugten Fehlerströme mit geringem Pegel zu erkennen. Sensible Erdschlussrelais (SEF) mit Ansprechschwellenwerten von 1–5 A (im Vergleich zu 10–50 A beim Standard-Erdschlussschutz in blanken Leiternetzen) können den anfänglichen Leckstrom durch beschädigte Isolierung erkennen und den Abzweig auslösen, bevor der Fehler zu einem vollständigen Isolationsdurchschlag führt. Der Nachteil ist eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber normalen Systemunsymmetrien und Oberschwingungsströmen, was eine sorgfältige Einstellung der SEF-Relaisschwellenwerte und eine Koordinierung der Zeitverzögerung erfordert, um Fehlauslösungen aufgrund von Lastunsymmetrien in ländlichen Netzen mit langen einphasigen Abzweigleitungen zu vermeiden. Die neutrale Erdung des Mittelspannungsnetzes – ob effektiv geerdet, resonant geerdet (Petersen-Spule) oder isolierter Neutralleiter – bestimmt sowohl die Größe der Erdschlussströme als auch die entsprechende Empfindlichkeit des SEF-Relais, wodurch die Überprüfung der Schutzphilosophie untrennbar mit der Konfiguration des Erdungssystems beim Übergang von der blanken zur isolierten Luftverteilung verbunden ist.
