Verbindungstechnik | In Windkraftanlagen, aber auch in der Automobilindustrie und im Flugzeugbau werden zunehmend Aluminiumkabel eingesetzt. Die Vorteile: sie sind deutlich leichter und günstiger als klassische Kupferkabel und in vielen Fällen eine interessante Option – wenn man die damit verbundenen Herausforderungen beachtet.
Angela Struck Freie Journalistin in Langenpreising
Aluminium ist zum Beispiel nicht ganz so leitfähig wie Kupfer. Deshalb sind bei gleicher Stromtragkraft die Leiterquerschnitte typischerweise ein Drittel stärker als bei einer Kupferleitung. Allerdings sind größere Querschnitte nur dann nachteilig, wenn die Leitungen auf enge Kabelführungen treffen – beispielsweise in dicht bestückten Schaltschränken. In Sachen Gewicht ist das circa 70 % leichtere Aluminium gegenüber Kupfer unschlagbar. Das kommt dem in vielen Anwendungen angestrebten Leichtbau-Gedanken entgegen. Bei Kabeln erleichtert ein niedriges Gewicht darüber hinaus die Verlegung. Außerdem können die Kabeltragesysteme leichter und dadurch wirtschaftlicher ausgelegt werden.
Hochspannungsleitungen werden deshalb schon seit langem bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Dadurch lassen sich die auf Leitung und Masten einwirkenden Zugkräfte deutlich verringern. Auch der Automobilbau und die Luftfahrtindustrie rüsten zunehmend auf Aluminiumleiter um. So sind im Airbus 380 ganze Kabelstränge aus Aluminium verbaut. Unter dem Strich sind Aluminiumleitungen bis zu 60 % leichter als vergleichbare Kupferleitungen.
Aluminium oxidiert
Die besonderen Materialeigenschaften von Aluminium müssen auch bei der Verarbeitung der Kabel und bei der Auswahl der Anschlusskomponenten berücksichtigt werden. So reagiert die Oberfläche von Aluminium leicht mit Sauerstoff. Dadurch bildet sich schnell eine harte, widerstandsfähige Oxidschicht, die das darunterliegende Material schützt und eine weitere Korrosion verhindert. Das macht Aluminium zwar überaus haltbar, in der Elektrotechnik ist diese schützende Oxidschicht aber unerwünscht. Wird der oxidierte Leiter ohne weitere Vorbehandlung angeschlossen, erhöht die Oxidschicht den Übergangswiderstand zwischen Aluminiumleiter und Anschlusskompon-ente, was eine gefährliche Temperaturerhöhung zur Folge haben kann.
Auch das Korrosionsverhalten von Aluminium bei Anwesenheit von anderen Metallen wie Kupfer, Eisen oder Messing muss berücksichtigt werden – an den Grenzflächen ist eine elektrochemische Reaktion möglich. Der dabei entstehende Zersetzungsprozess beeinflusst durch höhere Übergangswiderstände die elektrische Leitfähigkeit und kann im schlimmsten Fall zu massiven Temperaturerhöhungen und sogar zu Bränden führen. Für die Kontaktierung von Aluminium auf Kupfer-Peripherie kommen deshalb am besten Bi-metallische AL/Cu-Kabelschuhe zum Einsatz. Sie werden im Reib-Schweiß-Verfahren gefertigt und sind gekapselt. Ein Eindringen von Flüssigkeit und damit einhergehende Kriechstrecken werden dann unmöglich.
Helukabel für die Windindustrie
Kupfer oder Aluminium? „Aluminium bietet in vielen Anwendungsfällen einen deutlichen Preisvorsprung“, sagt Uwe Schenk, Global Segment Manager Wind bei der Helukabel GmbH in Hemmingen und empfiehlt einen Blick auf den Rohstoffmarkt: Kupfer ist derzeit mit 5313 Euro pro Tonne mehr als doppelt so teuer wie Aluminium mit 1990 Euro pro Tonne (Stand: 1. Juli 2015).
Bei Helukabel haben Aluminiumkabel eine lange Tradition. Einst für die Windkraft entwickelt, profitieren heute auch andere Branchen von dem mittlerweile umfangreichen Portfolio der Leichtbaukabel aus Hemmingen – inklusive passender Technik für Verarbeitung und Kontaktierung.
„Mit unserer Heluwind Powerline Alu bieten wir schon seit vielen Jahren eine hochflexible Leitung für die Windindustrie an. Hier kann von den früher im Zusammenhang mit Aluminium bemängelten starren Leitungen keine Rede mehr sein“, erläutert Uwe Schenk. „Früher gab es noch keine Fertigungsmöglichkeiten für feindrähtige Litzen. Kaltgezogenes Aluminium ist für Wechselbiegezyklen ungeeignet und bricht schnell. Wir sind einer der wenigen Hersteller, die sich auf Aluminium als Leitermaterial spezialisiert und das Problem gelöst haben.“
Für nicht flexible Anwendungen ohne nennenswerte Biegeradien empfiehlt Helukabel mehrdrähtige Aluminium-Leitungen. Damit decken die Hemminger alle Einsatzbereiche von 1 bis 35 kV inklusive zertifizierter Anschlusstechnik ab. Für Anwender hat Helukabel einen umfassenden Aluminium-Katalog aufgelegt und eine Service-Hotline eingerichtet.
Mit diesem Portfolio bietet der Kabelspezialist Anwendern eine Alternative zu konventionellen Kupferleitungen. Einsatzbereiche sind neben der Windindustrie zum Beispiel die Bahntechnik, Medientechnik, Solartechnik, Anlagenbau, Blockheizkraftwerk oder der Bereich Energieversorgung und -speicherung. •
Die Vorteile der Heluwind WK Powerline Alu im Überblick
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