DE102012021936A1

DE102012021936A1 - Schaltbare Kurzschlussverbinder einer Mittel- oder Hochspannungsanlage

Info

Publication number: DE102012021936A1
Application number: DE201210021936
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter May
Original assignee: NKT Cables GmbH and Co KG
Current assignee: NKT Cables GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-10
Filing date: 2012-11-10
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-11-11
Also published as: DE102012021936B4

Abstract

Die Erfindung betrifft schaltbare Kurzschlussverbinder an den Enden von elektrische Kabel umhüllenden Hüllrohren in einer Mittel- oder Hochspannungsanlage nach Patentanmeldung DE 10 2011 100 983.7. Die elektrischen Leiter sind als mit Kabelschirmen versehene, kunststoffisolierte Kabel 14 ausgeführt. Je Phase sind die Kabel in ein dickwandiges metallisches Hüllrohr eingebracht. Die Hüllrohre 20 der drei Phasen weisen beiderends je einen Kurzschlussverbinder 25, 25' auf, wobei ein Kurzschlussverbinder 25 eines Endes durchgehend ausgebildet ist und ein Kurzschlussverbinder 25' des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist. Die Kabelschirme können ihrerseits ebenfalls über Kurzschluss-Schirmverbinder untereinander (und mit den Hüllrohren) elektrisch verbunden sein. Die schaltbaren Kurzschlussverbinder 25' und die schaltbaren Kurzschluss-Schirmverbinder sind je über einen elektrischen Leistungsschalter 50 schaltbar.

Description

Die Erfindung betrifft schaltbare Kurzschlussverbinder an den Enden von Mittel- oder Hochspannungskabel umhüllenden Hüllrohren in einer elektrischen Anlage nach Patentanmeldung DE 10 2011 100 983.7 .
Die genannte Anmeldung/Patent betrifft eine Anordnung für Mittel- oder Hochspannungsanlagen, bei der die elektrischen Leiter der Anordnung als mit Kabelschirmen versehene, kunststoffisolierte Kabel ausgeführt sind. Je Phase sind die Kabel in ein metallisches Hüllrohr eingebracht. Das Hüllrohr ist eine Umhüllung aus relativ dickwandigem Metallrohr.
Bei einem generatornahen dreipoligen Kurzschluss in Mittelspannungsanlagen, beispielsweise in Abzweigungen vom Maschinentransformator, können von der Netzseite und von der Generatorseite Stoßkurzschluss-Ströme in der Größenordnung von einigen 100 kA eingespeist werden. Die Kurzschlussströme erzeugen enorme Stromkräfte auf benachbarte elektrisch leitende Elemente, wie Nachbar-Schiene, Metallbefestigungselemente, metallische Werkzeuge. Anlagen und anwesende Personen in einem Bereich in dem der Kurzschluss auftritt, sind besonders gefährdet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Kurzschlussverbinder an den Enden von die Kabel umhüllenden Hüllrohren anzugeben, die bei Bedarf schaltbar (offenbar, schließbar) sind.
Die Lösung der Aufgabe findet sich in den Merkmalen des Hauptanspruchs. In Unteransprüchen werden bevorzugte, vorteilhafte Weiterbildungen formuliert.
Der Kern der Erfindung betrifft Mittel- oder Hochspannungsanlagen, bei denen die elektrischen Leiter als mit Kabelschirmen versehene, kunststoffisolierte Kabel ausgeführt sind und die Kabel je Phase in ein metallisches, mantelseitig geschlossenes Hüllrohr eingebracht sind. Die Hüllrohre der drei Phasen weisen beiderends je einen Kurzschlussverbinder auf, wobei ein Kurzschlussverbinder eines Endes durchgehend ausgebildet ist und ein Kurzschlussverbinder des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist. Die schaltbaren Kurzschlussverbinder und die schaltbaren Kurzschluss-Schirmverbinder sind über einen elektrischen Leistungsschalter offenbar und schließbar. Die Kabelschirme können ihrerseits ebenfalls untereinander (und mit den Hüllrohren) elektrisch verbunden sein.
Nach Schließen der schaltbaren Kurzschlussverbinder fließen in den Hüllrohren durch Induktionswirkung die entgegengerichteten Leiterströme. Damit wird die Anordnung außerhalb der Hüllrohre nahezu feld- und kraftfrei. In einer besonderen Ausführungsform können die Enden der Hüllrohre gemeinsam mit den Kabelschirmen über Kurzschluss-Schirmverbinder kurzschließbar sein.
Vorteile der Erfindung zeigen sich in folgenden Punkten: Verringerung des stationären Magnetfeldes im Leitungsgang; Verringerung des transienten Magnetfeldes und seiner Kräfte im Kurzschlussfall; elektromagnetische Entkopplung der Kabeladern im Störungsfall.
Durch Schließen der schaltbaren Kurzschlussverbinder erst beim Betreten eines Anlagenbereichs wird dieser Bereich bezuglich Magnetfelder, Stromkräfte etc. gesichert, der ansonsten keine erhöhten Verluste im Betrieb aufweist.
Die Kapselung oder Umhüllung nach der Erfindung von mehreren in einem Anlagenbereich vorhandenen Kabelsystemen mit schaltbaren Kurzschlussverbindern lassen Arbeiten während des Kabelbetriebs zu, auch wenn eins der Kabelsysteme abgeschaltet ist. Der Anlagenbereich kann gefahrlos begangen werden. Eine Personengefährdung wird unmittelbar vermieden.
Gemeinsam mit den Hüllrohren weisen die Kabelschirme der Einzelphasen beiderends je einen Kurzschluss-Schirmverbinder auf, wobei der Kurzschluss-Schirmverbinder eines Endes starr ausgebildet ist und der Kurzschluss-Schirmverbinder des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist.
Das Hüllrohr-Umhüllung besteht aus einem relativ dickwandigen Metallrohr, beispielsweise bei einer Ausbildung in Aluminium mit lichtem Durchmesser von etwa 110 mm und einer Wanddicke von etwa 5 mm. Einzelne Hüllrohre können auch durch zwei metallische Halbrohre realisiert sein, hierbei sind die Rohre in Längsrichtung symmetrisch geteilt. Das obere Halbrohr wird nach Einlegen des Kabels (der Kabel) auf das untere Halbrohr aufgesetzt, so dass das oder die Kabel nicht in das Hüllrohr eingezogen werden müssen.
Folgende Merkmale sind als bevorzugte Ausführungsformen beansprucht. Diese Ausführungsformen können einzeln oder gemeinsam – soweit zutreffend – ausgebildet sein.
Somit lassen sich der oder die Kurzschlussverbinder über den Leistungsschalter schließen und öffnen. Im Normalbetrieb einer solchen elektrischen Anlage sollten der oder die Kurzschlussverbinder geöffnet sein. Für den Fall, dass die Anlage im Bereich der Hüllrohranordnung von Personal aufgesucht werden muss, wird über den Leistungsschalter der schaltbare Kurzschlussverbinder geschlossen.
Auf Kurzschlussverbinder der Hüllrohre und/oder auf Kurzschluss-Schirmverbinder können hochpermeable Kerne aufgesetzt sein. Weiterhin können zwischen den Hüllrohren und/oder zwischen den Kabelschirmen Überspannungsableiter gelegt sein.
Die elektrische Anlage mit schaltbaren Kurzschlussverbindern ist vorzugsweise in einem Leitungsgang oder in einem begehbaren Tunnel angeordnet.
Durch die vorgeschlagene Art der Ausführung ergeben sich:

• einfache Montagevorrichtungen, da durch Schließen der Kurzschlussverbinder eine feld- und kraftfreie Anlage herstellbar ist,
• gutes Ausdehnungsverhalten der Anlage, da vorzugsweise mehradrige, verseilte Kabel eingesetzt werden,
• schnelle Montage durch vorkonfektionierte Bögen und Endverschlüsse sowie
• hohe mechanische Festigkeit durch spezielle Einbettung.

Dort wo die Kabel das Rohrsystem verlassen – d. h. in den beiden Endverschlussbereichen – sollten bei der Anordnung hinreichende Abstände und eine hinreichende mechanische Festigkeit vorgesehen sein.
Die Leiterquerschnitte werden teilweise durch die Kurzschlussanforderungen bestimmt. Um Kabel einsetzen zu können, die leicht lieferbar sind und für die Standard-Garnituren verfügbar sind, wird vorgeschlagen, je Phase drei Kabeladern mit nicht allzu großem Leiterquerschnitt einzusetzen, zum Beispiel 3 × 1 × 300 mm² Cu. Die drei Adern sind unter dem Aspekt des Ausdehnungsverhaltens miteinander verseilt.
Die Kabel können je Phase ein- oder mehradrig ausgebildet und VPE-isoliert sein. Beispielsweise kann jedes Kabel drei verseilte Kabeladern umfassen. Zum Beispiel könnte je Phase drei Einleiterkabel der Dimension 3 × 1 × 300 mm² Cu eingesetzt werden. Statt Kupfer-Leiter können natürlich auch Aluminium-Leiter entsprechenden Leiterquerschnitts eingesetzt werden. Derart geeignete Kabel sind als ein- oder mehradrige VPE-Mittelspannungskabel erhältlich. Der Vorteil bei Einsatz von verseilten Einleiterkabeln liegt darin, dass durch die Verseilung die Kabel auf der Strecke die Möglichkeit haben, bei Längendehnungen lateral auszuweichen.
Zur Verringerung der Verluste im Betrieb mit geschlossenen Kurzschlussverbindern können auf die Kurzschlussverbindungen der Hüllrohre, bzw. auf diese der Kabelschirme hochpermeable Kerne aufgesetzt werden, die bei geeigneter Auslegung die stationären Ströme und Verluste heruntersetzen. Bei Auftreten eines Kurzschlussstroms gehen die Kerne in die Sättigung und lassen so die gewünschten Gegenströme durch.
Die Erfindung wird in mehreren Figuren dargestellt, welche im Einzelnen zeigen:
1: Anordnung von drei Kabeln in je einem Hüllrohr mit Kurzschlussverbindern in einem Tunnel,
2A: Querschnitt kunststoffisoliertes Kabel in Hüllrohr,
2B: Querschnitt von kunststoffisolierten Kabeln in Hüllrohr und
3: drei Phasen in je einem Hüllrohr; einerends mit Kurzschlussverbindern versehen, andernends nicht dargestellt.
Die Figuren zeigen die Hüllrohranordnung in einer elektrischen Anlage. Die elektrischen Leiter der Anlage sind als mit Kabelschirmen versehene, kunststoffisolierte Kabel ausgeführt.
Die 1 zeigt ein Verschaltungsschema der Anlage mit je einem Kabel 14 pro Phase. Die elektrischen Anschlüsse zu den beidseiten elektrischen Leitungssystemen können in Freiluftbauweise, mit Dehnungs- und Befestigungselementen, ausgeführt sein. Nicht dargestellt ist, dass gemeinsam mit den Hüllrohren 20, 22 die Kabelschirme 15 der Einzelphasen (R, S, T) beiderends je einen Kurzschluss-Schirmverbinder aufweisen, wobei der Kurzschluss-Schirmverbinder eines Endes starr ausgebildet ist und der Kurzschluss-Schirmverbinder des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist. Zwischen den Hüllrohren 20, 22 können Überspannungsableiter 32 installiert sein. Nicht zeichnerisch dargestellt ist, dass auf die Kurzschlussverbinder 25, 25' der Hüllrohre 20 hochpermeable Kerne aufgesetzt sein können.
In 2A und 2B ist je ein kunststoffisoliertes Kabel 14, 14a im Hüllrohr 20, 22 im Querschnitt dargestellt. Die Kabel können ein- (14) oder mehradrig (14a) ausgebildet sein. Vorzugsweise werden VPE-isolierte Mittelspannungskabel eingesetzt. Hierbei umfasst jedes Kabel 14a vorzugsweise drei verseilte Kabeladern 16. Ein solcher Leiter-Aufbau des Kabels wäre zum Beispiel 3 × 1 × 300 mm² Cu je Phase.
Die Kabel 14, 14a sind je Phase (R, S, T) in ein metallisches Hüllrohr 20 eingebracht. Vorzugsweise wird ein dickwandiges Aluminiumrohr eingesetzt mit lichtem Durchmesser von etwa 110 mm und mit einer Wanddicke von etwa 5 mm. Ein Hüllrohr 20 kann auch durch zwei metallische Halbrohre 22 realisiert sein (wie in den 1A und 1B gezeigt). Das Halbrohr kann als ein in Längsrichtung symmetrisch geteiltes Hüllrohr betrachtet werden.
Die 3 zeigt die Situation, in der die Kurzschlussverbinder 25 (25') der Hüllrohre 20 an beiden Enden (nur ein Ende in der Figur gezeigt) kurzgeschlossen sind. Der Verlauf der induzierten Ströme bei beiderseits geschlossenen Kurzschlussverbindern ist eingezeichnet.
Die Hüllrohranordnung kann aus mehreren Hüllrohrabschnitten 12 relativ kurzer Länge gebildet sein, das heißt beispielsweise in Abschnitten zwischen 5 und 30 Metern. Die Hüllrohrabschnitte bei aus mehreren Abschnitten 12 gebildeter Anordnung sind untereinander geflanscht. In die Flansche 24 sollten Nuten für Dichtringe eingelassen sein. Vorzugsweise sollte ein guter elektrischer Übergang von Flansch zu Flansch mit Hilfe von Kontaktelementen sichergestellt sein. Bekannt sind derartige Kontaktscheiben für einen Übergangsstrom von bis zu 1250 A je Scheibe.
Der Zwischenraum 27 zwischen Kabel und Hüllrohr kann zur mechanischen Pufferung zwischen den Kabeladern mit elastischem Material ausgefüllt sein. Hierdurch werden die im Rohrinneren auftretenden, zur Längsachse gerichteten Kräfte gleichmäßig verteilt. Als Material kann beispielsweise gebräuchliches dauerelastisches Silikon oder Gießharz 28 eingesetzt werden. Die vorhandenen Hohlräume in den Hüllrohren, vor allem Zwischenräume im Muffenbereich, können jedoch auch mit hochwärmeleitendem Zement (28) gefüllt sein. Ein solcher Zement wird im Endzustand etwa spatenfest, bietet also einen guten Halt für die Kabel und Muffen und eine gute mechanische Pufferung im Fall des Stoßkurzschlusses.
Bezugszeichenliste

12: Hüllrohrabschnitt
14: Kabel kunststoffisoliert, vorzugsweise VPE-isoliert
14a: wie 14, jedoch dreiadrig
18: Kabelmuffe
20: metallisches Hüllrohr
22: Halbrohr
24: Rohrflansch
25: Kurzschlussverbinder über Anschlussklemmen
25': schaltbare Kurzschlussverbinder über Anschlussklemmen
27: Hohlraum
28: materielle Ausfüllung
30: Überspannungsableiter
40: Tunnel
50: elektr. Schalter
R, S, T: Phasen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011100983 [0001]

Claims

Anordnung von Kurzschlussverbindungen, die derart ausgeführt sind, dass mit Kabelschirmen ausgebildete Einzelphasen eines elektrischen Mittel- oder Hochspannungssystems von dickwandigen metallischen Hüllrohren umgeben sind, und dass zwischen beiderseitigen Enden der Hüllrohre (20) je ein Kurzschlussverbinder (25, 25') angeordnet ist, nach DE 10 2011 100 983.7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kurzschlussverbinder (25') schaltbar ausgebildet ist.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllrohre beiderends je einen Kurzschlussverbinder (25) aufweisen, wobei ein Kurzschlussverbinder (25) eines Endes durchgehend ausgebildet ist und ein Kurzschlussverbinder (25') des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelschirme der Einzelphasen beiderends je einen Kurzschluss-Schirmverbinder aufweisen, wobei der Kurzschluss-Schirmverbinder eines Endes durchgehend ausgebildet ist und der Kurzschluss-Schirmverbinder des anderen Endes schaltbar ausgebildet ist.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Kurzschlussverbinder (25') und die schaltbaren Kurzschluss-Schirmverbinder je über einen Leistungsschalter (50) schaltbar sind.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf Kurzschlussverbinder (25, 25') der Hüllrohre (20) und/oder auf Kurzschluss-Schirmverbinder hochpermeable Kerne aufgesetzt sind.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hüllrohren (20) und/oder zwischen Kabelschirmen Überspannungsableiter (30 gelegt sind.
Anordnung von Kurzschlussverbindungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit schaltbaren Kurzschlussverbindern in einem Leitungsgang oder in einem begehbaren Tunnel (40) angeordnet ist.