DD200545A1 - Inneres kuehlsystem fuer starkstromkabel und deren garnituren - Google Patents

Abstract

Inneres Kuehlsystem fuer Starkstromkabel und deren Garnituren, wobei die durch elektrische Widerstaende in den Leitern entstandendene Verlustwaerme abtransportiert wird. Die erfindungsgemaesse Loesung soll es ermoeglichen, den inneren Kuehlmittelkreislauf nach dem Verdampfungsprinzip ohne Kondensator, Vorratsbehaelter und Rohrsystem sicherzustellen. Aufgabengemaess soll der Abtransport der elektrischen Verlustwaerme nur durch die elektrische Isolierung hindurch gewaehrleistet werden. Erfindungsgemaess ist ueber dem Leiter eine elektrische Isolierung mit einer radial durchgehenden Kapillarstruktur vorhanden, die Isolierung ist staendig von einem fluessigen Kuehlmittel umgeben und eine genuegend grosse Anzahl von Kapillaren ist innerhalb der Isolierung vorgesehen, in denen, getrieben durch die Kapillardruckdifferenz, ein staendiger Kreislauf aus fluessigem Kuehlmittel zum Leiter hin und dessen Dampf vom Leiter an das umgebende Bad aus Kuehlmittelfluessigkeiten besteht. Die Erfindung bleibt auf die Kabeltechnik beschraenkt.

Description

/Inneres Kühlsystem für Starkstromkabel und deren Garnituren-'

Anwendungsgebiet der Erfindung i

Die Erfindung bezieht sich auf ein inneres Kühlsystem für ) Starkstromkabel und deren Garnituren, wobei die durch elektrische Widerstände in den leitern entstandene Verlustwärme, insbesondere mittels verflüssigter Gase oder kryogener Flüssigkeiten abtransportiert wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Konstruktionen für gekühlte Starkstromkabel sehen ein sich im Kreislauf befindliches Kühlmittel vor, das strömend die elektrischen Leiter unmittelbar benetzt. Hierzu eignen sich vorrangig Hohlleiter. In dem Hohlkanal strömt das Kühlmittel, das durch die elektrischen Widerstände des Leiters erwärmt wird und die entstandene Verlustwärme nach außen abführt. Die Wärmeenergie wird also direkt vom flüssi-') gen Kühlmittel aufgenommen (DE-OS 1 665 599JBE-OS 1 948 900). Aufgrund der besonderen Gestaltung als Hohlleiter ist eine Durchmesservergrößerung des gesamten Kabels unvermeidlich.

Bekannt ist der Einsatz· von technischen Wärmerohren zur Wär-. meübertragung auf.die strömende Kühlflüssigkeit an den Orten ,.·. .·.. .; '.großer·..Wärme-quelldichte', besonders in -Garnituren· von "gekühl-. " · / ·. ' ten Starkstromkabeln (DD-tfP H 02 G/222 068). _

^ Hierbei muß" wiederum zusätzlicher Raum für die Wärmerohre geschaffen v/erden.

· Bekannt ;ist auch die sogenannte Verdampfungskühlung für Stark stromkabel. Von einem Vorratsbehälter, der höher als das Kabel liegt, wird ein. flüssiges Kühlmittel über Rohrleitungen dem Kabel zugeführt.

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Das Kühlmittel' verdampft und nimmt so die in den leitern entstehende Verlustwärme in der latenten Form von Phasenumwandlungsenergie auf. Über eine kürzere weitere Rohrleitung wird das dampfförmige Medium über einen Kondensator und. dann als .Flüssigkeit wiederum dem Vorratsbehälter zugeführt. Im Kühlmittelkreislauf muß ein bestimmter, für die Umwälzung erforderlicher Druck (z.B. Schweredruck) herrschen (DE-AS 1150113? DE-OS 2 225 987). Der kontinuierliche Kreislauf des Kühlmittels ist nur mit einem aufwendigen Abkühl- und Rohrsystem zu realisieren. Für einen Dauerbetrieb ist diese Technik anfällig. .

Ziel der Erfindung

Die erfindungsgemäße lösung soll es ermöglichen, den inneren Kühlmittelkreislauf aus elektrisch isolierendem verflüssigtem Gas oder einer kryogenen Flüssigkeit nach dem Verdampfungsprinzip ohne Kondensator, Vorratsbehälter und Rohrsystem sicherzustellen«,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein inneres Kühlsystem für Starkstromkabel und deren Garnituren zu schaffen, die den Abtransport der elektrischen Verlustwärme, die in den Leitern der Kabel und Garnituren entsteht, nur durch die elektrische Isolierung hindurch zu gewährleisten. Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß über dem Leiter eine elektrische Isolierung mit einer radial durchgehenden Kapillarstruktur vorhanden ist, die Isolierung ständig von einem flüssigen Kühlmittel umgeben ist und eine genügend gro-. ße Anzahl von Kapillaren innerhalb der Isolierung vorgesehen ist, .in denen,. getrieben durch die Käpillardruckdifferenz (Dämpfdruck minus'· Flüssigkeitsdruck) ein •ständiger Kreislauf · "' aus flüssigem Kühlmittel zum Leiter hin und dessen Dampf vom Leiter an das-umgebende Bad aus Kühlmittelflüssigkeit besteht. Als Kühlmittel werden verflüssigte Gase oder tiefsiedende. Flüssigkeiten eingesetzt, die allen physikalischen und elektrischen Anforderungen für das Ablaufen des durch die Erfindung realisierten Effektes in gekühlten Starkstromkabeln und deren Garnituren genügen» . .

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Die dem umgebenden Bad aus Kühlmittelflüssigkeit übertragene Verlustwärme wird durch einen beliebigen an sich bekannten Kühlmittelkreislauf aus dem Starkstromkabel und deren Garnituren heraustransportiert.

Voraussetzung für die Funktion ist, daß die Wände der Kapillaren in der elektrischen Isolierung von. der Arbeitsflüssigkeit benetzt werden. Auf diese Weise kann das flüssige Kühlmittel innerhalb der elektrischen Isolierung bis zum elektrischen Leiter oder in dessenMähe strömen.

Weiterhin ist es wichtig, daß außerhalb der elektrischen Isolierung stets eine genügend große Menge der Kühlflüssigkeit vorhanden ist. Der ausgenutzte Effekt läuft unter den genann-

' "*) ten Voraussetzungen wie bei einem technischen Wärmerohr ab. Beim Erwärmen des Leiters durch die elektrischen Widerstände verdampft die.Arbeitsflüssigkeit innerhalb der Isolierung unmittelbar am Leiter. Da deshalb der Dampfdruck in der Umgebung des Leiters größer ist, strömt der entstandene Dampf durch die Kapillarspalte in der elektrischen Isolierung zurück und wird wieder an das umgebende Bad aus Kühlflüssigkeit abgegeben, wo erjauch v/ieder kondensieren kann. Stattdessen strömt, getrieben durch die Kapillarkräfte, neue Kühlflüssigkeit (Arbeitsflüssigkeit) bis zum elektrischen Leiter bzw. in dessen Nähe. So wird ständig ein "offener" Kreislauf aus flüssiger und dampfförmiger Phase der Arbeitsflüssigkeit auf- · rechterhalten. Die Kapillarstruktur wirkt hierbei wie ein

J . Docht. Zur Wärmeübertragung wird, wie beim technischen Wärmerohr, eine hohe Verdampfungswärme (Phasenumwandlungsenergie) · der Arbeitsflüssigkeit ausgenutzt. Der Dampf transportiert somit die Verlustwärme in latenter !Form vom Leiter an das umgebende Bad aus ArbeitsflUssigkeit, v/o sie durch den Kühl- :'..,.. ' mi t-t elk reis lauf, übernommen, wird. Der Ujatersphied.zum .techni-^ ."..'·.' . 'sehen Wärmerohr'besteht darin, daß .es sich bei der Erfindung . . um einen "offenen" Kreislauf aus Arbeitsflüssigkeit· (verflüssigtes Gas) und deren Dampf (Gas) handelt und daß für den . .. Dampf kein·spezieller Dampfkanal zur Verfügung-.stehen muß. ·. Aus diesem Grunde ist auf die Konstruktion der elektrischen Isolierung der gekühlten Kabel und deren Garnituren großes Augenmerk zu legen.

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Der genaue Aufbau der elektrischen Isolierung mit den Ka-" pillaren ist von konkreten Parametern, wie Druck im umgebenden Bad aus Kühlflüssigkeit, Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit und dem Benetzungswinkel in den Kapillaren abhängig.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch die Verbindung von elektrischer Isolierung gekühlter Starkstromkabel und deren Garnituren mit der Kühlung der elektrischen Leiter sich die gesamte Konstruktion vereinfacht j und zwar insofern, als durch die Ausnutzung der Kapillarkräfte innerhalb der elektrischen Isolierung stets ein zuverlässiger Kreislauf des Kühlmittels (z.B. SPg) ohne .größeren Aufwand gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung ist ein kryoresistives Starkstromkabel im Längsschnitt dargestellt.

Als elektrischer Leiter wird ein Drilleiter aus Al-Lackdrähten 1 eingesetzt. Die elektrische Isolation 2 besteht aus einer Vielschichtisolation aus Phenolpapier mit Zwischenräumen (Kapillarspalten) von 10 bis 100 /um zwischen den Schichten. Sie ist so aufgebaut, daß für eine genügend große Anzahl von Kapillarspalten gesorgt ist. Vom Kühlkanal 3 (Bad aus Arbeitsflüssigkeit), der den isolierten Leiter umhüllt, dringt der flüssige Stickstoff in die Isolation ein, die auf diese Weise imprägniert wird» Beim Betrieb des Kabels und entsprechender Erwärmung des elektrischen Leiters wird der beschriebene Wärmerohreffekt zur Kühlung' des Leiters wirksam. Der entstandene Stickstoffdampf, der die Verlust-

. wärme in latenter Form transportiert, wird von der Strömung des Kühlmittelkreislaufes im Kühlkanal 3 mitgerissen bzw. dort -wieder verflüssigt... Das kryores,istiye".Kabe-l besitzt- ei·?...

nen Al-Wellmantel 4 und ist thermisch durch Vakuum und eine Superisolation 5 isoliert. Das Kabel ist von einem äußeren Schutzrohr 6 aus Edelstahl vakuumdicht abgeschlossen.

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Claims (1)

1. 2337 7 4 O

   Erfindungsanspruch:

   Inneres Kühlsystem für Starkstromkabel und deren G-arnituren, gekennzeichnet dadurch, daß über dem Leiter eine elektrische Isolierung mit einer radial durchgehenden Kapillarstruktur vorhanden ist, die Isolierung ständig von einem flüssigen Kühlmittel umgeben ist und eine genügend große Anzahl von Kapillaren innerhalb der Isolierung vorgesehen ist, in denen, getrieben durch die Kapillardruckdifferenz, ein ständiger Kreislauf aus flüssigem Kühlmittel, zum leiter hin und deren Dampf vom Leiter an das umgebende Bad aus Kühlmittelflüssigkeit besteht. '

   - Hierzu 1 Blatt Zeichnung -