DE102009024149A1 - Magnetic shielding arrangement for single-conductor electrical cable in high voltage rotary current system, has metal shield formed with enlarged electrical conductance value to reduce electrical leakage at metal shield - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein einadriges Elektrokabel mit integrierter elektromagnetischer Schirmung für ein Hochspannungsdrehstromsystem in Einebenenanordnung.The invention relates to a single-core electrical cable with integrated electromagnetic shielding for a high-voltage three-phase current system in a single-plane arrangement.
Zur Verringerung des äußeren 50 Hz-Magnetfeldes von Drehstromkabeln können unterschiedliche Schirmungsmaßnahmen zum Einsatz kommen. Eine zusammenfassende Darstellung von Maßnahmen wurde unlängst von
Es ist schon vorgeschlagen worden, ein flexibles Kabel mit einem aus einem Geflecht gebildeten Kupfer-Schirm zu versehen, wobei – zum Zwecke magnetischer Abschirmung – in das Geflecht Teilchen hoher Permeabilität eingepresst oder die Teilchen mit dem Geflecht verklebt sind (
Es ist für den Fall sehr hoher Anforderungen an die magnetische Schirmung einer Starkstrom-Kabelanlage die Aufgabe der Erfindung, eine Anlagenvariante vorzulegen, bei der eine hochwirksame magnetische Schirmung in die Konstruktion eines Einleiterkabels integriert ist.It is in the case of very high demands on the magnetic shielding of a power cable system, the object of the invention to provide a system variant, in which a highly effective magnetic shield is integrated into the construction of a single conductor cable.
Die Lösung der Aufgabe findet sich in den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen formuliert.The solution of the problem can be found in the features of the independent claim Advantageous developments are formulated in subclaims.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass statt eines Schirms aus gut leitfähigem Material mit 'üblichem' Querschnitt ein wesentlich größerer Querschnitt für den Schirm gewählt ist. Der Schirm ist somit in Form einer Armierung ausgebildet und hat einen Querschnitt, bzw. einen entsprechenden Leitwert in der Größenordnung der Werte des Leiters. Als Material für den Schirm kommt Kupfer oder Aluminium zum Einsatz. Die derartig ausgebildete Armierung ist mit einer hochpermeablen Bebänderung umwickelt.The essence of the invention is that instead of a screen of good conductive material with 'usual' cross-section a much larger cross-section is selected for the screen. The shield is thus designed in the form of a reinforcement and has a cross-section, or a corresponding conductance in the order of magnitude of the values of the conductor. The material used for the screen is copper or aluminum. The thus formed reinforcement is wrapped with a high-permeability harness.
Für die Rebänderung wird bevorzugt eingesetzt: überlappend gewickelte, dünne Bänder aus einem Spezialstahl, die eine relative Permeabilität von einigen 10.000 aufweisen. Diese Bänder zeichnen sich neben ihrer hohen Schirmwirkung durch geringe Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste aus.For the Rebänderung is preferably used: overlapping wound, thin strips of a special steel, which have a relative permeability of some 10,000. In addition to their high shielding effect, these bands are characterized by low eddy current and magnetic reversal losses.
Mit diesem Kabeltyp lassen sich – unabhängig vom Achsabstand der Kabel – extrem hohe Schirmfaktoren erzielen, mit denen alle denkbaren Auflagen zur Magnetfeldbeschränkung erfüllt werden können. Damit wird der Einsatz eines solchen Kabels im Falle extremer Magnetfeldrestriktionen (Werte um 0,2 μT) interessant und ist hierbei anderen Lösungen überlegen, wie Schirmungen mit Stahlrohren oder Stahlkanälen, mit ganz erheblichen Vorteilen im Hinblick auf die Strombelastbarkeit.Irrespective of the axis spacing of the cables, this type of cable allows extremely high shielding factors to be achieved, with which all conceivable requirements for limiting the magnetic field can be met. This makes the use of such a cable in the case of extreme magnetic field restrictions (values around 0.2 μT) interesting and is superior to other solutions, such as shielding with steel pipes or steel channels, with very considerable advantages in terms of current carrying capacity.
Zudem bietet das Einleiterkabel in Bereichen, in denen das Führen der Kabel in einem Stahlrohr zwingend ist – wie beispielsweise beim Unterqueren von Bahn-Anlagen – eine Möglichkeit, die einzelne Kabelader in einem Stahlrohr zu verlegen, was ohne diese Konstruktion aufgrund der dann extremen Stromwärmeverluste unzulässig ist.In addition, in areas where it is imperative to guide the cables in a steel tube, such as underpassing railway systems, the single-conductor cable provides a means of laying the single cable core in a steel tube, which without this design is inadmissible due to the extreme current heat losses is.
Die Erfindung wird in Zeichnungen dargestellt, wobei die Figuren im Einzelnen zeigenThe invention is illustrated in drawings, the figures show in detail
Die
Drei Einleiterkabel
Mit einer solchen Kabelkonstruktion können, unabhängig vom Legeabstand der Kabeladern, extrem hohe Schirmungsfaktoren erreicht werden.With such a cable construction, regardless of the pitch of the cable cores, extremely high shielding factors can be achieved.
Zum Einfluss des bezüglich des Leitwerts vergrößerten Schirms werden drei Drehstrom-Einleiterkabel
Die
- – bei einem Schirmquerschnitt AS von etwa 100...200 mm2 ein Maximum der Schirmverluste mit mehr als dem Sechsfachen der Leiterverluste auftritt und
- – dass jenseits dieses Maximums bei weiterer Steigerung des Schirmquerschnitts die Schirmverluste wieder abnehmen.
- - At a screen cross section A S of about 100 ... 200 mm 2, a maximum of screen losses with more than six times the conductor losses occurs and
- - Beyond this maximum, the screen losses decrease again as the screen cross section is further increased.
Dieses Verhalten lässt sich dadurch erklären, dass zunächst – bei kleinen Schirmquerschnitten – mit zunehmendem Querschnitt die Schirmströme rasch anwachsen und sich dem Leiterstrom annähern. Dies ist in der
Aus
Für einen Querschnittsbereich von As ≥ 400 m2 sind in der folgenden Tabelle diese mit wachsendem Schirmquerschnitt As fallenden Schirm-Verlustfaktoren y1 wiedergegeben. Im vorliegenden Beispiel lassen sich bei entsprechend großen Schirmquerschnitten von ≥ 2500 mm2 Schirmverlustfaktoren SF von weniger als 40% erreichen.For a cross-sectional area of A p ≥ 400 m 2, this screen with increasing cross-section A falling s Screen loss factors y 1 are given in the following table. In the present example, shielding loss factors SF of less than 40% can be achieved with correspondingly large screen cross-sections of ≥ 2500 mm 2 .
Die sich für einen symmetrischen Leiterstrom von 1108 A einstellenden magnetischen Induktionen sind in der
Der
Ergänzend sind in der
Nach
Eingesetzt für die hochpermeable Bebänderung werden überlappend gewickelte, dünne Bänder aus einem Spezialstahl. Deren relative Permeabilität sollte bei einigen 10.000 liegen. Die Wirkung dieser oberhalb des Kupferschirms aufgebrachten Bänder sind den
Nach
Anders als bei sonstigen Kabeln mit magnetischer Umhüllung, z. B. bei Stahlrohrkabeln, werden bei der vorliegenden Konstruktion nicht die Leiterzusatzverluste aufgrund einer Feldkonzentration innerhalb der magnetischen Hülle vergrößert.Unlike other cables with magnetic enclosure, z. In steel tube cables, for example, in the present design, the additional conductor losses due to field concentration within the magnetic shell are not increased.
Nach
Vergrößert man den Schirmquerschnitt auf AS = 2500 mm2, so wird die magnetische Induktion direkt oberhalb der Kabel außerordentlich gering: nach
In der Tabelle sind für den Aufpunkt in 0,2 m Höhe über dem Erdboden, direkt über dem horizontalen Kabelsystem in Einebenenanordnung die Schirmfaktoren als Funktion des Schirmquerschnitts AS wiedergegeben, und zwar ohne und mit einer hochpermeablen Schicht oberhalb des Kupferschirms. Ohne magnetische Bebänderung werden, je nach Schirmquerschnitt Schirmfaktoren bis zu rund 30 erreicht. Wird hingegen zusätzlich eine hochpermeable Schicht oberhalb des Kupferschirms aufgebracht, so ergeben sich extrem hohe Schirmfaktoren, die bis zu etwa 1400 reichen.In the table, for the landing point at 0.2 m above the ground level, just above the horizontal cable system in a single plane arrangement, the screen factors are plotted as a function of screen cross section A S , with and without a high permeability layer above the copper screen. Without magnetic harness, shielding factors up to around 30 are achieved, depending on the screen cross section. If, in addition, a highly permeable layer is applied above the copper screen, extremely high screen factors result, which reach up to about 1400.
Im weiteren wird diskutiert, inwieweit Auflagen zur Magnetfeldbeschränkung und die hieraus folgenden Schirmungsmaßnahmen nach den vorangegangenen Betrachtungen die Strombelastbarkeit der Kabel beeinträchtigen. Hierzu wird wieder von dem bereits diskutierten 110 kV-VPE-Einleiterkabel in einer Legetiefe von 1,2 m bei einem Belastungsgrad von m = 0,85 ausgegangen. Der Kabelgraben sei thermisch stabilisiert. Furthermore, it is discussed to what extent requirements for magnetic field limitation and the subsequent shielding measures according to the preceding considerations affect the current carrying capacity of the cables. For this purpose, the already discussed 110 kV VPE single-conductor cable in a laying depth of 1.2 m at a load factor of m = 0.85 is assumed again. The cable trench is thermally stabilized.
In der
schwarz: Kabel mit ausgekreuzten Schirmen von 50 mm2
Linie gestrichelt: Einleiterkabel nach der Erfindung mit Schirmquerschnitt 2500 mm2
Parameter: Magnetfeldrestriktion (dünne Kennlinie: ohne Restriktion)In the
black: cable with crossed shields of 50 mm 2
Dashed line: Single conductor cable according to the invention with screen cross section 2500 mm 2
Parameter: magnetic field restriction (thin characteristic: without restriction)
In dieser Figur zeigen zunächst die schwarzen Kennlinien die Strombelastbarkeit des Kabels mit einem „normalen” Schirmquerschnitt von 50 mm2 bei zyklischem Auskreuzen der Schirme (crossbonding), als Funktion des Adernabstandes der Kabel in horizontaler Einebenenanordnung. Während die dünne schwarze Kennlinie keine Magnetfeldrestriktion berücksichtigt, zeigt die dicke gestrichelte Kennlinie ab Adernabständen von etwa s > 0,25 m die erforderliche Stromminderung für den Fall, dass ein Höchstwert der magnetischen Induktion von 100 μT in 0,2 m Höhe über der Erdoberfläche vorgegeben wird. Eine in thermischer Hinsicht günstige Abstandsgrößerung der Kabel führt hierbei zu einer Verminderung des höchstzulässigen Stromes.In this figure, first the black characteristics show the current carrying capacity of the cable with a "normal" screen cross-section of 50 mm 2 with cyclical cross-over of the screens (crossbonding), as a function of the wire spacing of the cables in the horizontal single-level arrangement. While the thin black characteristic does not take into account any magnetic field restriction, the thick dashed characteristic at distances of about s> 0.25 m shows the required current reduction in the event that a maximum magnetic induction of 100 μT is set at a height of 0.2 m above the earth's surface becomes. A favorable thermal expansion distance of the cable leads to a reduction of the maximum current.
Der schwarze Kreis in
Die dicke Kennlinie in
Nach
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- einadriges Drehstromkabelsingle-core three-phase cable
- 1212
- Kabelleitercable conductor
- 1414
- Isolierung (Kunststoff, VPE)Insulation (plastic, VPE)
- 1818
- Al-FolieAl-foil
- 2020
- Armierung aus KupferReinforcement of copper
- 2222
- Folie aus hochpermeablem MaterialFoil made of highly permeable material
- 2424
- Kabelmantel (Korrosionsschutz)Cable sheath (corrosion protection)
- AS A S
- Querschnitt KupferschirmCross section copper screen
- y1 y 1
- Verlustfaktorloss factor
- ss
- AderabstandCore distance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2004/034539 [0002] WO 2004/034539 [0002]
- EP 1598911 A1 [0002] EP 1598911 A1 [0002]
- DE 19807527 A1 [0003] DE 19807527 A1 [0003]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- CIGRE (Paris, 2008) veröffentlicht: CIGRE TF C4.204; ”Mitigation techniques of power-frequency magnetic fields originated from electric power systems” [0002] CIGRE (Paris, 2008): CIGRE TF C4.204; "Mitigation techniques of power-frequency magnetic fields originated from electric power systems" [0002]
- P. Maioli, E. Zaccone, ”Passive Loops Technique for Electromagnetic Field Mitigation, Applications and Theoretical Considerations” in Jicable-Conf. 2007, Versailles, pp. 231–236 [0002] P. Maioli, E. Zaccone, "Passive Loops Technique for Electromagnetic Field Mitigation, Applications and Theoretical Considerations" in Jicable-Conf. 2007, Versailles, pp. 231-236 [0002]
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- 2009-06-06 DE DE102009024149A patent/DE102009024149A1/en not_active Ceased
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DE102018005456A1 (en) | DC electrical system for a vehicle |
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