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Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel mit KühlmittelkanaL aus
Edelstahl Zusatzanmeldung zu P 23 17 017.0 Die Erfindung bezieht sich auf ein wassergekuhltes
Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem,
das Kühlmittel rührenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung
und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals bei Aluminiumleitern
mindestens 60 mm, insbesondere gleich oder gröber 70 mm ist.
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Bei diesem Hochspannungs-Energiekabel gemäß der Hauptanmeldung wird
der elektrische Leiter von innen mit Wasser gekuhlt, wobei
aber
grundsätzliche Schwierigkeiten auftreten können; denn bei einem elektrischen Leiter,
der den Hohlkanal zur Fortleitung des Kühlwassers selbst bildet, und somit aus einem
gut elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Aluminium besteht, besteht
die Gefahr, daß der Leiter von dem Kühlwasser angegriffen wird und im Laufe der
Zeit durchkorrodiert. Außerdem ergeben sich bei allen Verbindungsstellen, an denen
die Loslängen des Kabels aneinander geschweißt sind, Probleme, wenn der als Wasserrohr
dienende elektrische Leiter und die um den rohrförmigen Leiter verseilten, zusätzlichen
zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts dienenden Formdrähte aus demselben Material
bestehen, da in diesen Fällen die Dichtigkeit der Rohrschweißnaht nicht oder nur
schwer zu gewährleisten ist, denn beim Verschweißen der äußeren Formdrähte wird
wiederum die Rohrschweißnaht des inneren rohrförmigen elektrischen Leiters erhitzt,
und zwar auf di e die Erweichungstemperatur des Materials des rohrförmigen Leiters.
Weiterhin muß bei dem aus dem elektrischen Leitermaterial bestehenden, rohrförmigen
Leiter darauf geachtet werden, daß alle weiteren Metallteile im KUhlkreislauf in
der Spannungsreihe untereinander sehr nahe benachbart sind, um eine Elementbildung
in dem Kreislauf zu vermeiden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß der rohrförmige
elektrische Leiter durch Erosion aufgrund der hohen Wassergeschwindigkeit undicht
werden kann.
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Ausgehend von den vorstehenden Schwierigkeiten und Nachteilen, die
damit verbunden sind, daß der elektrische Leiter gleichzeitig auch zur Fortleitung
des Kühlmittels Wasser dient, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wassergekühltes
Hochspannungs-Energiekabel der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Hohlkanal
zur Fortführung des Kühlmittels korrosions- und erosionsfest ist, dessen Material
eine wesentlich höhere Schweißtemperatur als die des elektrischen Leiters hat und
dessen Material mit den üblichen Leitermaterialien wie Aluminium und Kupfer kein
elektrisches Element bildet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
innerhalb des elektrischen Aluminiumleiters ein Edelstahlrohr zur Führung des Kühlmittels
angeordnet ist. Durch die Verwendung von Edelstahl wird eine Korrosion des Wasserrphres
weitgehend ausgeschlossen, so daß Uber die gesamte Lebensdauer des Kabels, die normalerweise
40
Jahre betragen soll, das Wasser von der elektrischen Isolierung
abgesperrt bleibt. Weiterhin ist es aufgrund der Verwendung von Edelstahl gleichgültig,
welche anderen Materialien im weiteren Kühlkreislauf eingesetzt werden, denn es
ist bekannt, daß Kupfer und Edelstahl oder Aluminium und Edelstahl ohne Schwierigkeit
miteinander kombiniert werden können. Damit wird weiterhin ermöglicht, daß die Stromabnahmestelle
hinter dem Endverschluß des wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels auch aus
Kupfer sein kann, so daß dort eine gute Kühlwirkung für die nicht mehr gekühlten
Stromabgänge vorliegt. Zudem läßt sich der Kontakt zwischen dem Kupfeprohr und den
Stromabgängen aus Kupfer sowie die Leiter-Verbindungen leicht und sicher herstellen.
Da das aus Edelstahl bestehende den Hohlkanal bildende Wasserrohr verschweißt wird,
nachdem der darüber befindliche elektrische Leiter abgesetzt worden ist, kann die
Schweißnaht danach leicht überprüft werden und bei dem nachträglichen Verschweißen
oder Löten des elektrischen Leiters besteht keine Gefahr, daß die Rohrschweißnaht
wieder aufgeht, da die Schweißtemperaturen beider Materialien weit genug auseinander
liegen.
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Da während des Herstellungsprozesses des Hochspannungs-Energiekabels
das Edelstahlrohr mehrmals auf- und abgetrommelt werden muß, und das Edelstahlrohr
wesentlich biegesteifer als ein entsprechendes Aluminiumrohr ist, besteht die Gefahr,
daß beim Biegen des Edelstahlrohrs Ovalitäten auftreten, die jedoch unerwünscht
sind, weil sie zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes und eventuell zu Beschädigungen
des Edelstahlrohres führen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist
es deshalb zweckmäßig, wenn das Edelstahlrohr eine Wandstärke von etwa 2 bis 2,5
mm aufweist, denn in diesem Wandstärkebereich läßt sich das Edelstahlrohr mehrmals,
ohne daß merkliche Veränderungen im Rohrquerschnitt auftreten, biegen, d.h. auf-
und abtrommeln, wobei jedoch ein Biegekerndurohmesser von etwa 3,5 m eingehalten
werden sollte.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
wenn der Aluminiumleiter rohrförmig ausgebildet und mit mindestens einer Lage trapezförmiger
Aluminium-Formdrähte umwickelt ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird
erreicht, daß der elektrische Leiter wesentlich wirtschaftlicher und kostengünstiger
hergestellt
werden kann als ein aus einzelnen Wickellagen von Formdrähten hergestellter elektrischer
Leiter, ohne den mit einem derartigen elektrischen Leiter verbundenen Vorteil, daß
die Formdrähte einen federnden Kontakt zu der elektrischen Isolierung herstellen,
aufzugeben. Weiterhin wird durch die um den rohrförmigen Aluminiumleiter gewickelten
Formdrähte der Leiterquerschnitt aufgefüllt, ohne daß die Biegefestigkeit des Leiters
merklich erhöht wird.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
eines wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels der eingangs beschriebenen Art,
bei dem auf das Edelstahlrohr der Aluminiumleiter, beispielsweise in einer Strangpresse,
aufgeschrumpft und anschließend mit einer Lage trapezförmiger Aluminiumformdrähte
umwickelt und danach isoliert und ummantelt wird. Durch das Aufschrumpfen des Aluminiumrohres
entstehen in diesem Zugspannungen, wodurch ein Knicken des Edelstahlrohrs beim weiteren
Biegen in der Fertigung über kleine Biegekerne verhindert wird. Weiterhin wird durch
das Aufschrumpfen des Aluminiumrohrs auch bei den im Betrieb durch das unterschiedliche
thermische Verhalten mn Stahl und Aluminium zu erwartenden Wärmespielen an jeder
Stelle des Kabels ein guter Wärmekontakt zwischen dem Edelstahlrohr und dem Aluminiumrohr
gewährleistet, so daß örtliche Überhitzungen vermieden werden.
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Erfindungsgemäß kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Edelstahlrohr
während des Herstellungsprozesses des wassergekühlten Hophspannungs-Energiekabels
unter einen inneren Überdruck gesetzt wird. Dieser Überdruck kann beispielsweise
mit Hilfe einer FlUssigkeit erzielt werden. Dadurch, daß im Inneren des Edelstahlrohrs
ein Überdruck herrscht, wird erreicht, daß in der Fertigung beim Biegen des Edelstahlrohres
über kleinere Biegekerne Querschnittsveränderungen, d.h. Ovalitäten oder Knickungen
des Edelstahlrohrs auch dann vermieden werden, wenn ein Edelstahlrohr mit einer
relativ dünnen Wandstärke, d.h. beispielsweise mit einer Wandstärke von etwa 1,5
mm, verwendet wird. Aus Sicherheitsgründen kann es bei jeder gewählten Wandstärke
des Edelstahlrohres weiterhin zweckmäßig sein, wenn der im Edelstahlrohr herrschende
Innendruck zumindest während dem Auf-und Abtrommeln des nicht ummantelten - und
ummantelten Edelstahlrohrs bzw. fertigen Kabels aufrecht erhalten wird. Nach diesem
erfindungsgemäßen
Merkmal sollte demnach auch im Edelstahlrohr des fertigen Hochspannungs-Energiekabel
ein Innendruck herrschen, wenn dieses beim Verlegen von der Kabeltrommel, auf die
es zum Transport aufgetrommelt wurde, abgetrommelt wird.
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Anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher erläutert.
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Ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Energiekabel mit innerer Wasserkühlung
besteht aus einem inneren Edelstahlrohr 1, das zur Fortführung des Kühlmittels Wasser
2 dient. Auf dieses Edelstahlrohr 1 ist im Strangpressverfahren als elektrischer
Leiter ein Aluminiumrohr 3 aufgeschrumpft, auf dessen Umfang wenigstens eine gewickelte
Lage von trapezförmigen Aluminiumformdrähten 4 aufgebracht ist. Diese Aluminiumformdräiite
füllen den Leiterquerschnitt des als elektrischer Leiter dienenden Aluminiumrohrs
3 auf und stellen gleichzeitig einen federnden Kontakt zu einer elektrischen Isolierung
5 her, die beispielsweise eine Öl-Papierisolierung sein kann. Zwischen der elektrischen
Isolierung 5 und der aus den Formdrähten 4 gebildeten Lage ist zur Verhinderung
von Felderhöhungen eine Leiterglättung 6 angeordnet.
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Die aus dem Edelstahlrohr 1, dem aus dem Aluminiumrohr 3 und den Aluminiumdrähten
4 gebildeten elektrischen Leiter, der Leiterglättung 6 und der elektrischen Isolierung
5 bestehende Kabelseele ist von einer elektrischen Abschirmung 7 umgeben und in
einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Wellrohr 8 eingezogen. Auf dem Aluminium-Wellrohr
8 ist zur Verhinderung von Korrosion und äußeren mechanischen Beschädigungen eine
plastische Masse 9 und ein PVC-Mantel 10 aufgebracht.
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Was die Ausbildung und Anordnung des elektrischen Leiters betrifft,
der im vorliegenden Fall aus dem Aluminiumrohr 3 und der Lage Aluminiumdrähte 4
gebildet ist, so sollte er einen großen elektrisch wirksamen Querschnitt besitzen,
um einen möglichst hohen Übertragungsstrom zuzulassen, dabei sollte die Wandstärke
des elektrischen Leiters bei Verwendung von Aluminium 15 mm und dessen Leiterquerschnitt
wenigstens 3.200 mm2 betragen und der Durchmesser des durch den Aluminiumleiter
gebildeten Hohlkanals sollte mindestens 60 mm,
insbesondere gleich
oder größer 70 mm sein. Bei der erfindungsgemäßen Kabelkonstruktion ist das Aluminiumrohr
3 auf das Edelstahlrohr 1 aufgeschrumpSt, so daß an jeder Stelle des Kabels ein
guter Wärmekontakt zwischen dem Edelstahl 1 und dem Aluminiumrohr gewährleistet
ist und somit örtliche Überhitzungen vermieden werden.
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Das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Kabels unterscheidet
sich von den üblichen, bekannten Herstellungsverfahren von Hochspannungs-Energiekabeln
im wesentlichen dadurch, daß darauf geachtet werden muß, daß während der Kabelfertigung
durch die mehrfach erforderlichen Auf- und Abwickelvorgänge nach und vor jeder Fertigungsstufe,
beispielsweise vor dem Aufschrumpfen des Aluminiumrohres 3, dem Umwickeln der Aluminiumrohres
3, dem Umwickeln der Aluminium-Drahtlagen 4, dem Aufbringen der elektrischen Isolierung
5 usw., im Querschnitt des Edelstahlrohrs 1 keine Ovalitäten oder Knickungen auftreten.
Zur Verhinderung derartiger Verformungen des Querschnitts des Edelstahlrohrs l ist
es vorteilhaft, wenn im Inneren des Edelstahlrohrs 1 beispielsweise mit Hilfe einer
Flüssigkeit ein Überdruck erzeugt wird, so daß im Inneren des Edelstahlrohrs 1 ein
dem Verformungsdruck entgegengesetzter Druck herrscht, der die äußeren Verformungskräfte
kompensiert. Da derartige Verformungskräfte im wesentlichen nur bei dem Auf- und
Abwickeln des Edelstahlr9hrs 1 während der Fertigung und beim Verlegen des fertigen
Kabels auftreten, kann es ausreichend sein, wenn nur während dieser Auf- und Abwickelvorgänge
ein innerer Überdruck erzeugt wird.