DE2252926A1

DE2252926A1 - Oelkabel

Info

Publication number: DE2252926A1
Application number: DE19722252926
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Phil Kuhn; Erich Zimmermann
Original assignee: Kabel und Lackdrahtfabriken GmbH
Current assignee: Suedkabel GmbH
Priority date: 1972-10-27
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE2252926B2; SE394341B; GB1396070A

Description

Mannheim

25. Oktober 1972

GT Oe/DrKn/Kol.

Kabel- und Lackdrahtfabriken GmbH 68 Mannheim 1, Waldhofstr. 244

Ölkabel

Die Erfindung betrifft ein Ölkabel mit Wasserkühlung des Leiters. >

Durch die zunehmende Dichte der Energieverteilung ergibt sich die Notwendigkeit, Kabelsysteme für die übertragung sehr hoher Ströme zu entwickeln. Für konventionelle Kabel sind die Grenzen gesetzt durch beschränkte Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens infolge Austrocknung, technisch mögliche größte Leiterquerschnitte, vorhandene Trassenbreiten usw. Zahlreiche Lösungsvorschläge versuchen das Problem zu lösen durch u.a.

- Kühlung des benachbarten Erdreiches mittels beigelegter gekühlter Rohre,

- Kühlung von außen, durch

- Legung der Kabel in wasserdurchflossene Rohre,

- Kühlung durch Umwälzung des Gases im Stahlrohr bei Gasdruckkabeln,

- Kühlung durch Umwälzung des Öles im Stahlrohr bei Öldruckkabeln (Oilostatic).

Alle diese Systeme haben nur eine begrenzte Kühlwirkung, weil die Wärme nicht am Ort der Entstehung im Leiter abgeführt wird.

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Kabel haben bekanntlich eine begrenzte Belastbarkeit infolge der umvermeidlichen Wärmeentwicklung durch den Stromfluß im Leiter und die Spannungsbeanspruchung der Isolierung. Die auftretenden Temperaturen dürfen einen bestimmten Bereich nicht überschreiton, da oberhalb eine starke Verschlechterung der Isoliereigenschaften oder der mechanischen Beständigkeit eintritt und bei langzeitiger Einwirkung eine irreversible x\lterung stattfindet. Die sich einstellende Temperaturerhöhung ist hauptsächlich bestimmt durch die Wärraeableitbarkeit durch die elektrische Isolierung nach außen in die Umgebung und durch deren Wärmeverhältnisse. Befindet sich das Kabel in freier Luft, dann wird durch Konvektion der am Kabel erwärmten Luft laufend weitere Umgebungsluft herangeführt und dadurch Wärme abtransportiert. Bei im Erdboden verlegten Kabeln wird der umgebende Boden miterwärmt, und zwar umso stärker, je höher sein Wärmewiderstand ist, d.h. je schlechter er die Wärme weiter nach außen leiten kann. Da sich bei der Erdverlegung im Gegensatz zur Luftverlegung die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Kabels erhöht, erhöht sich auch die Leitertemperatur, und es wird die zulässige Leitergrenztemperatur schon bei einer geringeren Strombelastung erreicht. Infolge der jahreszeitlich und witterungs- mäöig bedingten Veränderlichkeit des thermischen

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Erdbodenv/iderstaiides muß bei der Belastung des Kabels darauf Rücksicht genommen werden und diese ggf. ein~ geschränkt werden.

Die Ableitung der im Leiter entstehenden "Wärme nach außen erfolgt durch die elektrische Isolierung hindurch, und da diese im allgemeinen aus ölgetränktem Papier besteht und eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitung besitzt, verursacht sie eine starke Wärmedämmung.

Bei Mittelspannungskabeln mit einer Isolierungsdicke von einigen mm ist die Wärmeableitung wesentlich besser als bei Höchstspannungskabeln mit einer Isolierungsdicke von 20... 30 mm oder evtl. mehr.

Die Übertragungsleistung solcher Höchstspannungskabel wird dadurch schon sehr beeinträchtigt,und auch die Verwendung wesentlich größerer Leiterquerschnitte läßt nur unverhältnismäßig grössere Belastbarkeit zu.

Es werden daher schon zur Erhöhung der Übertragungsleistung von Kabeln Verbesserungen der Wärmeableitung vorgenommen, und zwar nach verschiedenen Methoden, die auch verschiedene Wirkungsgrade haben. Zum Beispiel werden Kabel im Boden von einem Bettungsmaterial umgeben, das eine höher Wärmeleitfähigkeit besitzt, die unabhängig von den weiteren Umgebungsbedingungen ziemlich konstant bleibt. Oder es v/erden parallel zum Kabel Wasserrohre verlegt,

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die durch Wegführung von V/iirme für eine niedrige Umgebungstemperatur sorgen.

Oder es werden die Kabel unmittelbar in v/assergefüllte Rohre oder Kanäle verlegt, wodurch eine große Kühlwirkung erzielt wird. In ausgeführten Anlagen ist auf diese Weise etwa eine Verdoppelung der Übertragungsleistung, bei stark strömendem V/asser etwa bis zu einer Verdreifachung erzielt worden.

Die beste Kühlwirkung ist naturgemäß zu erzielen, wenn die Warne direkt vom Ort ihres Entstehens v/eggeführt werden kann, ohne eine Dammschicht überwinden zu müssen. Zu diesem Zweck werden auch schon Kühlverfahren angewendet, nach denen das Kühlmittel direkt durch den Leiter geführt wird.

Bei Ölkabeln mit niedrigviskosem Isolieröl wird auch dieses schon als Kühlmittel benutzt, indem es umgepumpt und in einem Wärmetauscher außerhalb des Kabels abgekühlt wird, bevor es wieder eintritt. Der Vorteil besteht darin, daß das Isolieröl im Leiter in Verbindung mit dem Isolieröl in der Isolierung steht und dadurch gleichzeitig einen Druckausgleich bewirkt. Ferner können die an den Kabelenden angeordneten Wärmeaustauscher

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auf Erdpotential stehen. Um größere Kabellängen effektiv kühlen zu können, ist ein gegenüber der üblichen normalen Kabelkonstruktion wesentlich größerer Durchlaufkanal erforderlich. So sind z.B. schon Ölkabel mit einem Ilohlkanal im Leiter von 55 mm 0, der durch eine Stützspirale gebildet wird, in Axisführung. Das als Kühlmittel wirkende Isolieröl wird am Endverschluß unter Druck in den Leiter gepreßt und am anderen Kabelende in Wärmeaustauschern oder auch in Zwischenkühlern entlang der Kabelstrecke gekühlt. Es kann im Umlauf durch eine andere Ader zurückgepumpt werden, oder falls sich an den Enden entsprechend große Sammelbehälter befinden, durch die gleiche .Wer, indem die Pumprichtung gewechselt wird.

Die Verwendung von Wasser als Kühlmittel würde bekanntlich die Kühlwirkung erheblich verbessern, da seine spezifische Wärme etwa doppelt so groß und seine Viskosität etwa halb so groß wie bei Isolieröl ist. Die gleiche Durchflußmenge könnte mit erheblich niedrigerem Druck bewältigt werden, wobei die Kühlleistung etwa noch doppelt so groß wie bei dem Isolieröl wäre.

Eine solche Ausführung mit Wasserkühlung ist bei Ölkabeln noch nicht durchgeführt worden, weil schwierig zu lösende Probleme auftreten.

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Eine dieser Schwierigkeiten ist die Trennung des elektrisch leitenden V/assers vom Isolieröl. Dieses füllt die papiergewickelte Isolierung in Hoch- · Spannungskabeln in allen Zwischenräumen aus und steht unter einem bestimmten Betriebsdruck, der die Sättigung unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet, Zur Speisung dient ein ölkanal, den eine offene Etützspirale bildet, die den üblicherweise aus einzelnen Drähten oder Segmenten zum Hohlseil verseilten Leiter trägt.

Durch die Fugen zwischen den einzelnen Windungen der Stützspirale und zwischen den Drähten kann das Isolieröl an jeder Stelle des ölkanals in die Isolierung ein- und austreten.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, an den Ort dieses ölkanals im Innern des Hohlseiles anstatt der offenen Stütz3pirale ein geschlossenes, dichten, biegbares Metallrohr zu legen, in dem das Kühlwasser strömt, und den zur Speisung der Isolierung erforderlichen ölkanal getrennt und außerhalb dieses Rohres anzuordnen. Dies kann entweder innerhalb des verseilten Leiters oder zwischen dem Leiter und dem wasserführenden Metallrohr oder zwischen Isolierung und äußerem Metallmantel des Kabels sein. Der Vorteil dieser Anordnungen besteht darin, daß die StromwärmeVerluste des Leiters durch das damit in Kontakt stehende Metallrohr direkt in das umlaufende Kühlmittel abgeführt werden, daß hierfür ohne Gefährdung der Isolierung anstelle von öl Wasser verwendet werden kann, daß für diesen Kühlwasserumlauf

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konstruktiv ein zur Abführung auch großer Stromwärmeverluste ausreichender Rohrquerschnitt bereitgestellt werden kann und daß die Speisung der Isolierung mit öl zur Aufrechterhaltung des Betriebes trotzdem gewährleistet ist.

Weitere Schutzbegehren ergeben sich aus der Beschreibung bzw. der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

Ein Kabel gem. diesen Lösungsvorschlägen ist beispielsweise wie folgt konstruiert: Fig. Λ zeigt das Beispiel im Querschnitt Fig. 2 das gleiche Beispiel im Längsschnitt. Darin ist 1 ein biegbares, dichtes Rohr, z. B. aus Kupfer, Aluminium oder V2A-Stahl, 2 ist das Kühlwasser, 3 ist ein z. B. aus einzelnen Segmenten gebildeter Leiter, 4 zeigt die ölimprägnierte Papierisolierung, 5 ist der äußere als Wellrohr ausgebildete Metallmantel, und 9 ist die äußere Schutzhülle.

Das Beispiel mit den Abbildungen zeigt, daß der Kühlwasserumlauf im abgeschlossenen Metallrohr die Stromwärmeverluste direkt aus dem Inneren des Leiters abführt und von der Isolierung hermetisch getrennt ist. Dabei zeigt das Beispiel der Fig. Ϊ und 2 drei verschiedene Möglichkeiten für getrennte Kanäle ζλιγ Öleinspeisung. In den Fig. 1 und 2 ist 6 der wendeiförmige Kanal, den das innere gewellte Metallrohr gegen die Leitersegmente bzw. die Isolierung nach außen hin bildet, es ist 7» der wendeiförmige Kanal,

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den der äußere Metallmantel nach innen gegen die Isolierung hin bildet, undes ist 8, einer möglicherweise von mehreren offenen ölkariälen, die in den Verseilverband des Leiterseiles eingeordnet sind.

Die aufgezeigten Möglichkeiten nach 6, 7 und 8 können hierbei entweder einzeln oder gemeinsam zur Anwendung kommen, je nachdem , wie es der gegebene Abstand der öleinspeisungspunkte der Anlage erfordert.

Ein weiteres Beispiel zeigt Fig. 3 im Querschnitt. Darin ist 1 ein biegbares, dichtes Eohr, z. B. aus nahtlos gepreßtem Blei oder Aluminium, 2 ist das Kühlwasser, 3 ist z. B. ein aus einzelnen Segmenten gebildeter Leiter, 4 zeigt die ölimprägnierte Papierisolierung, 5 zeigt einen äußeren Metallmantel, beispielsweise aus nahtlos gepreßtem Blei, in dessen innerer Oberfläche Kanülen 6 eingepresst sind, durch die Isolieröl in die Isolierung von außen eingespeist werden kann. 7 ist eine Armierung, wie sie zur Erhöhung der Druckfestigkeit des Bleimantels üblich ist und 8 zeigt die äußere Schutzhülle.

_ 9 _ Patentansprüche

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Claims

Mannheim

23. Oktober 1972 GT Oe/KoI.

2„E. 2252326

Patentansprüche:

Ϊ .J Öllcabel mit Wasserkühlung des Leiters, dadurch gekennzeichnet, daß der Y/asserkühlkreislauf in dem Innern eines geschlossenen Rohres in dem Leiter erfolgt, daß das Kühlmittel von dem Isoliermittel, insbesondere von dem Isolieröl, vollkommen getrennt ist, und daß die Ölversorgung der Isolierung durch einen Kanal außerhalb des Kühlmittelrohres erfolgt.

2. Ölkabel nach Anspruch' 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kabelmantel aus Blei besteht und auf seiner Innenfläche für die Ölversorgung der Isolierung kanneliiert ist.

3. Ölkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelrohr ein Wellrohr mit wendelförmig laufender Wellung ist und daß die äußeren Wellentäler als Kanäle für die Ölversorgung der Isolierung eingesetzt sind.

4. Ölkabel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kabelmantel aus einem Wellrohr besteht, und daß die inneren Wellentäler als Kanäle für die Ölversorgung der Isolierung dienen.

5. Ölkabel nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelrohr ein'-Wellrohr, mit wendelförmig laufender Wellung ist, daß die äußeren Wellentäler als Kanäle für die Ölversorgung der Isolierung eingesetzt sind,

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- ίο -

- to -

daß der äußere Kabelmantel aus einem Wellrohr besteht, und daß die inneren Wellentäler als Kanäle für die Ölversorgung der Isolierung dienen.

Kabel nach Anspruch 1 und nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß außen am dichten Rohr oder Wellrohr Sepmentleiter oder Profilleiter angeordnet sind, die mindestens teilweise den Strom führen und in wärmeleitendem Kontakt mit dem Rohr oder Wellrohr stehen.

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