DE102017109563A1 - Flat-band conductors for high-voltage direct current connection of offshore wind farms, as well as methods for the production of these - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betroifft einen Flachbandleiter (1') für die Hochspannungs-Gleichstromanbindung von Offshore-Windparks, umfassend zumindest eine Bauteilkombination mit einem ersten Bauteil (1, 11), umfassend einen Stahlwerkstoff und einem zweiten Bauteil (2, 6, 13), umfassend elementares Kupfer, wobei das erste (1, 11) und das zweite Bauteil (2, 6, 13) formschlüssig miteinander verbunden sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Flachbandleiters und ein Energieübertragungssystem mit zumindest zwei Flachbandleitern. The invention relates to a flat strip conductor (1 ') for the high-voltage direct current connection of offshore wind farms, comprising at least one component combination with a first component (1, 11), comprising a steel material and a second component (2, 6, 13) comprising elementary Copper, wherein the first (1, 11) and the second component (2, 6, 13) are positively connected to each other. In addition, the invention relates to a method for producing the ribbon conductor and a power transmission system with at least two ribbon conductors.
Description
Die Erfindung betrifft einen Flachbandleiter für eine Hochspannungs-Gleichstromanbindung von Offshore-Windparks, sowie ein Verfahren zur Herstellung und Verlegung des Flachbandleiters.The invention relates to a flat strip conductor for a high-voltage direct-current connection of offshore wind farms, and to a method for producing and laying the flat strip conductor.
Die elektrische Anbindung von Offshore-Windparks zur Übertragung der elektrisch erzeugten Energie zu einer Einspeisestation an Land erfolgt derzeitig über eine unterseeische Kabellösung, bestehend aus miteinander verseilten Einzeladern, die sowohl von der größenmäßigen Realisierung her als auch aus Kostengründen als äußerst problematisch angesehen werden kann. Ausschlaggebend ist dabei sowohl die große Länge, d.h. bis zu 60 km, dieser Energieübertragungstechnik, als auch die schlechte Verbindbarkeit von Kabelenden gewickelter Leitungen miteinander, insbesondere dann, wenn es sich um eine Drehstromübertragung handelt.The electrical connection of offshore wind farms for the transmission of electricity generated energy to a feed station on land currently takes place via a submarine cable solution, consisting of stranded individual cores, which can be considered both from the point of view of size and cost reasons as extremely problematic. Decisive here is both the long length, i. up to 60 km, this energy transmission technology, as well as the poor connectivity of cable ends wound wires together, especially if it is a three-phase transmission.
Derzeitig besteht die Möglichkeit, diese Anbindung auch mittels Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) zu realisieren. Die Technik und die Kennwerte sind eine bipolare Hochspannungs-Gleichstromübertragung mit vorzugsweise ± 100 kV Effektivwert und einer Spitzenleistung von 0,5 Gigawatt, ein Eckwert, der bei derzeitigen Projekten durchaus üblich ist [Hau,
Bei einer Drehstromübertragung ist es erforderlich, eine sperrige Leiterkombination, bestehend aus drei gewickelten Leitungssträngen, als ein Gesamtkabel per Schiff auf dem Meeresgrund am Stück zu verlegen. Bei Drehstrom-Hochspannungsanwendungen bedeutet es einen unwahrscheinlich hoher Arbeits- und Zeitaufwand, zwei Kabel miteinander während des Verlegeprozesses miteinander zu verbinden oder sogar eine Reparatur auf See ausführen zu müssen.In a three-phase transmission, it is necessary to lay a bulky ladder combination, consisting of three wound strands, as a total cable by ship on the seabed in one piece. In three-phase high voltage applications, it takes an incredibly high amount of work and time to connect two cables together during the laying process, or even to perform a repair at sea.
Aus
Aus
Die Leiter werden vorab durch Zwischenschichten voneinander isoliert. Die Ummantelung erfolgt mittels Kunststoffisolationsmaterial durch Verguss. Beschrieben werden verschiedene Verfahren der Abstandshalterung der metallischen Leiterbahnen im Vergusswerkzeug. Darüber hinaus werden verschiedene Verfahren der Bildung von elektrischen Anschlüssen der Bandleiter aufgeführt.The conductors are previously isolated from each other by intermediate layers. The sheathing is done by means of plastic insulation material by casting. Described are various methods of spacing the metallic interconnects in the casting tool. In addition, various methods of forming electrical connections of the strip conductors are listed.
In
Es erfolgt eine Ummantelung mit Kunststoffisolationsmaterial, wobei die Ecken der Leiter abgerundet sind.There is a sheath with plastic insulation material, wherein the corners of the ladder are rounded.
Der Leiter selbst ist dabei aus wärmebehandeltem Aluminium gefertigt, damit er sich auf ein Coil aufwickeln lässt. Die Möglichkeit der kontinuierlichen Fertigung mittels eines Extruders wird ebenfalls offenbart. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mittels aufgeschweißter Bolzen, wobei viele verschiedene Schweißverfahren dazu angeführt sind. Die Möglichkeit der Rundung der Kanten des Flachleiters wird ebenfalls offenbart, hat aber für die Feldführung bei Hochspannung eher keine Bedeutung, da eine solche Anwendung hier überhaupt nicht vorgesehen ist. Die beschriebene Anwendung geht nur von einer Leiterlänge von bis 10 m aus.The conductor itself is made of heat-treated aluminum so that it can be wound up on a coil. The possibility of continuous Fabrication by means of an extruder is also disclosed. The electrical contact is made by means of welded bolts, many different welding methods are given. The possibility of rounding the edges of the flat conductor is also disclosed, but has rather no importance for the field guidance at high voltage, since such an application is not provided here at all. The application described assumes only a conductor length of up to 10 m.
Bekannt aus
In
Das Besondere hierbei ist die Produktion der Leitungsbänder, die aus leitfähigem Rundmaterial, vorwiegend Kupfer und Blei-Zinn-Lot, durch Walzen gefertigt werden sollen.The special here is the production of the conductor strips, which are to be made of conductive round material, mainly copper and lead-tin solder, by rolling.
Dabei ergebenden verrundete Kanten der Leiter. Während der Fertigung sind noch zusätzliche Wärmebehandlungsschritte vorgesehen, um das Material spannungsfrei und besser umformbar zu machen. Der elektrische Anschluss erfolgt hier durch einseitige Abisolieren und das Umwandeln der frei werdenden Leitungsenden zu einem Stecker. Die geplante Anwendung ist ausschließlich auf den Niedervoltbereich gerichtet.Resulting rounded edges of the ladder. During manufacturing additional heat treatment steps are provided to make the material stress-free and better formable. The electrical connection is done here by unilateral stripping and converting the liberated cable ends to a plug. The planned application is aimed exclusively at the low voltage range.
Aus
Hierdurch ergibt sich eine sehr gute Biegefähigkeit, die bei einer Anwendung in Kraftfahrzeugen mit elektrischer Ausrüstung vorteilhaft ist. Darüber hinaus gibt es zwei flache übereinanderliegende Innenleiter, die zur Nachrichtenübertragung herangezogen werden. Auch hier bezieht sich die geplante Anwendung ausschließlich auf den Niedervoltbereich mit zusätzlicher Datenübertragung.This results in a very good bending ability, which is advantageous for use in motor vehicles with electrical equipment. In addition, there are two flat superimposed inner conductors, which are used for message transmission. Again, the planned application refers exclusively to the low voltage range with additional data transmission.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die zuvor genannten Nachteile zu überwinden.Against this background, the object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Flachbandleiter gemäß Anspruch 1, ein Übertragungssystem nach Anspruch 3 und ein Verfahren nach Anspruch 4, sowie den weiteren vorteilhaften Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen. This object is achieved by a ribbon conductor according to
Vorgeschlagen wird ein Flachbandleiter (1') für die Hochspannungs-Gleichstromanbindung von Offshore-Windparks, umfassend zumindest eine Bauteilkombination mit einem
- - ersten Bauteil (1, 11), umfassend einen Stahlwerkstoff und
- - einem zweiten Bauteil (2, 6, 13), umfassend elementares Kupfer, wobei das erste (1, 11) und das zweite Bauteil (2, 6, 13) formschlüssig miteinander verbunden sind.
- - First component (1, 11), comprising a steel material and
- - A second component (2, 6, 13), comprising elemental copper, wherein the first (1, 11) and the second component (2, 6, 13) are positively connected with each other.
Der Materialmix im Leiter (1'), gepaart mit einer Teflonisolierung und der Meerwasserausrichtung nach dem Einleiterprinzip, sowie der schnellen thermischen Verbindbarkeil des Leiters erweist sich hierbei als besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.The material mix in the conductor (1 '), paired with a teflon insulation and the seawater alignment according to the single-conductor principle, as well as the fast thermal Verbindbarekeil the conductor proves to be a particular advantage of the present invention.
Die gesamte Verlegelänge kann in einem Stück gefertigt werden, an Bord verbracht und dann am Stück auf den Meeresboden verlegt werden.The entire laying length can be made in one piece, brought on board and then laid in one piece on the seabed.
Bei einer Gleichstromübertragung können aus elektrischen Gründen durchaus mehrere Leiter unabhängig voneinander auf den Meeresboden verlegt werden. Hierdurch ergeben sich Vorteile der Wickelbarkeit auf ein Coil zusammen mit der Schaffung einer schnellen Verbindung von Einzelstücken miteinander, die damit auch eine gute Reparaturmöglichkeit bieten. Der deutliche Kostenvorteil ist ein weiteres Argument für den Einsatz dieser innovativen Technologie.In a DC transmission, several conductors can be laid independently of each other on the seabed for electrical reasons. This results in advantages of windability on a coil together with the creation of a quick connection of individual pieces with each other, thus offering a good repair option. The significant cost advantage is another argument in favor of using this innovative technology.
Der erfindungsgemäße Flachbandleiter (1') kann einen dünnen Stahlträger (1) umfassen, der zu Stromleitungszwecken mit einer leitfähigen Schicht (2), vorzugsweise Kupfer, versehen ist. Als Isolator wird eine Ummantelung aus einem Kunststoff (3), vorzugsweise Teflon, vorgeschlagen, da dieser Werkstoff durch seine Konsistenz thermisch hoch belastbar ist, d.h. über 200° C und eine ausreichende Durchschlagfestigkeit für die hier genannten Einzelstrangspannungen gegenüber dem Massepotential, d.h. Meerwasser aufweist. Das abschließende Außencoating wird von einer Schutzschicht (4), vorzugsweise PVC, gebildet, um die Anordnung vor Einflüssen vom Meerwasser oder vor mechanischen Beschädigungen zu bewahren.The flat strip conductor (1 ') according to the invention may comprise a thin steel support (1) which is provided with a conductive layer (2), preferably copper, for current-conducting purposes. As an insulator is a sheath of a plastic (3), preferably Teflon, proposed, since this material by its consistency thermally high is resilient, ie above 200 ° C and a sufficient dielectric strength for the single-phase voltages mentioned here relative to the ground potential, ie seawater has. The final outer coating is formed by a protective layer (4), preferably PVC, in order to protect the arrangement from influences from seawater or from mechanical damage.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Flachbandleiter (1') eine Kunststoffisolierung (3, 8, 14), vorzugsweise Teflon umfassend, mit einer Wandstärke der Kunststoffisolierung (3, 8, 14) im Bereich zwischen 0,5 cm - 2 cm, vorzugsweise im Bereich von 1,0 cm, derart, dass die Kunststoffisolierung (3, 8, 14) eine Durchschlagsfestigkeit vom mindestens 200 kV gegenüber dem auf Massepotential liegenden umgebenden Salzwasser aufweist und zusätzlich aufweisend eine Schutzisolationsschicht (4, 9, 15).In one embodiment of the invention, the flat strip conductor (1 ') comprises a plastic insulation (3, 8, 14), preferably comprising Teflon, with a wall thickness of the plastic insulation (3, 8, 14) in the range between 0.5 cm - 2 cm, preferably in the range of 1.0 cm, such that the plastic insulation (3, 8, 14) has a dielectric strength of at least 200 kV relative to the surrounding salt water at ground potential and additionally comprising a protective insulating layer (4, 9, 15).
Vorgeschlagen wird ein Energieübertragungssystem (1"), umfassend zumindest zwei Flachbandleiter (1').Proposed is a power transmission system (1 ") comprising at least two ribbon conductors (1 ').
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Verlegung eines Energieübertragungssystem (1"), umfassend zumindest zwei Flachbandleiter (1'), wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
- - Bereitstellung von zwei Flachbandleitern (1'), Anformung der Flachbandleiter derart, dass das zweite Bauteil (2, 6, 13) auf den Enden (E1, E2) der Flachbandleiter (1') entfernt wird, Zungen (Z1, Z2) und ein Hohlraum (7) gebildet werden,
- - Verbinden der Zungen (Z1, Z2) mittels einer Schweißnaht (5),
- - Bereitstellung einer Form (10), in welcher der Hohlraum (7) unter Flussmittelzugabe mit Kupfer ausgegossen wird,
- - Entfernen der Form (10) und
- - Aufbringung einer Kunststoffisolierung (3, 8, 14) zwischen den Ebenen (I1, I2), die aus einem Pulver generiert wird und
- - Aufbringung einer Schutzschicht (4), (9), (15) auf die Kunststoffisolierung (3, 8, 14).
- - Provision of two ribbon conductors (1 '), molding of the ribbon conductor such that the second component (2, 6, 13) on the ends (E 1 , E 2 ) of the ribbon conductor (1') is removed, tongues (Z 1 , Z 2 ) and a cavity (7) are formed,
- Connecting the tongues (Z 1 , Z 2 ) by means of a weld seam (5),
- Providing a mold (10) in which the cavity (7) is filled with copper while adding flux,
- - Remove the mold (10) and
- - Application of a plastic insulation (3, 8, 14) between the planes (I 1 , I 2 ), which is generated from a powder and
- - Application of a protective layer (4), (9), (15) on the plastic insulation (3, 8, 14).
Zur Herbeiführung der benötigten Endkontur der Verbindungsstelle hat sich die Durchführen eines Schleifprozesses als vorteilhaft erwiesen.In order to bring about the required final contour of the connection point, carrying out a grinding process has proved to be advantageous.
Gegen äußere Beschädigung des Isolationsmaterials kann vorzugsweise eine eingefärbte PVC-Schicht zur Ummantelung verwendet werden.Against external damage to the insulating material may preferably be a colored PVC coating layer used.
Erfindungsgemäß kann die Verbindung der einzelnen Flachbandleitercoils mit geringem Zeitaufwand erfolgen und bei Aufrechterhaltung der vollständigen Leitfähigkeit ausgeführt werden, indem zuerst eine Zunge aus dem Stahlwerkstoff, vorzugsweise im MAG-Verfahren, verschweißt wird (5), danach in einer temporär angebrachten Form (10) der Leiter unter Flussmittelzugabe vergossen wird (6), (7), (12), dass danach ein Schleifprozess ausgeführt wird, der die für die Hochspannungsführung erforderlichen Glättungen und Verrundungen ausführt, dass danach eine Ergänzung der Isolation durchgeführt wird (8), (14), die bei Teflon aus einer thermisch aufgebrachten Pulverphase entsteht, und dass nach einem Formschleifprozess zur Abrundung der Kanten diese Verbindung abschließend thermisch durch eine Schutzschicht (9), (15), vorzugsweise eingefärbtes PVC, ummantelt wird.According to the invention, the connection of the individual Flachbandleitercoils can be done in a small amount of time and while maintaining the full conductivity by first a tongue of the steel material, preferably in the MAG process, is welded (5), then in a temporarily mounted form (10) (6), (7), (12), after which a grinding process is carried out, which carries out the smoothing and rounding required for the high-voltage guidance, after which a supplementing of the insulation is carried out (8), (14) , which is formed by Teflon from a thermally applied powder phase, and that after a shaping grinding process for rounding the edges of this compound is finally thermally by a protective layer (9), (15), preferably colored PVC, coated.
Die Fertigung eines solchen Flachbandleiters kann kontinuierlich mittels Walzvorgängen unter Zuhilfenahme eines Extrusionsprozesses für die Kunststoffe erfolgen. Zuerst muss die Verbindung zwischen dem Stahlträger und der leitfähigen Schicht, die vorzugsweise aus Kupfer besteht, erstellt werden.The production of such a ribbon conductor can be carried out continuously by means of rolling processes with the aid of an extrusion process for the plastics. First, the connection between the steel beam and the conductive layer, which is preferably made of copper, must be created.
Aufgrund der geringen Dicke dieser Schicht, vorzugsweise 3 mm, und der Breite des Stahlbandes, welche bei mindestens 30 cm liegen sollte, kommen hierfür neben dem Gießen auch andere Beschichtungsverfahren wie Warmwalzen oder Galvanisieren in Frage.Due to the small thickness of this layer, preferably 3 mm, and the width of the steel strip, which should be at least 30 cm, in addition to the casting, other coating methods such as hot rolling or electroplating come into question.
An die Isolationsfähigkeit des Teflon werden hier hohe Anforderungen gestellt. Gemäß Elias, H.-G.: Makromoleküle. Anwendungen von Polymeren. 6. vollständig über-arbeitete und erweiterte Auflage.
Um aus auf Coils gewickelten und damit gut transportablen Einzelstücken eine kontinuierliche Leitung bis zu ca. 60 km Länge zusammenzusetzen, ist die Schaffung der Möglichkeit einer schnellen und zuverlässigen Verbindungstechnik zwischen den einzelnen Abschnitte erforderlich. Diese muss auch an Bord eines Verlegeschiffs auf See ausgeführt werden können.In order to be able to assemble a continuous line up to approx. 60 km in length from coil-wound and thus easily transportable individual pieces, the possibility of a fast and reliable connection technique between the individual sections is required. This must also be able to be carried out on board a laying vessel at sea.
Erfindungsgemäß soll diese in 5 Phasen ausgeführt werden, wie es in
Der Verbindungsprozess zwischen den Bandleitern von zwei Coils ist in
- 1. Erstellen einer Schweißverbindung der beiden Stahlbänder miteinander, vorzugsweise nach dem MAG-Verfahren (5), (11)
- 2. Erstellen der elektrischen Verbindung durch einseitigen Verguss, Verlötung oder Verschweißung eines Zwischenstückes der vorzugsweise aus Kupfer bestehenden leitfähigen Beschichtung (6), (7), (13) in einem Formwerkzeug (10) mit Überstand (12)
- 3. Profilschleifen der Verbindungsstelle und Abrunden der Kanten
- 4. Vervollständigen der Isolationsschicht durch Pulversintern mit Teflon (8), (14)
- 5. Abschließendes ummanteln mit PVC durch vorzugsweise extrudieren (9), (15)
- 1. Creating a welded joint of the two steel strips together, preferably according to the MAG method (5), (11)
- 2. Creating the electrical connection by one-sided encapsulation, soldering or welding of an intermediate piece of the preferably made of copper conductive coating (6), (7), (13) in a mold (10) with projection (12)
- 3. Profile grinding of the joint and rounding of the edges
- 4. Completing the insulating layer by powder sintering with Teflon (8), (14)
- 5. Final encapsulation with PVC by preferably extruding (9), (15)
Zur Ausführung dieser Verbindungstechnik müssen die Enden der beiden Flachbandleiter schon in der Produktion entsprechend vorbereitet werden. Dazu gehört, dass das Stahlband (1), (11) ca. 0,5 m frei von der leitfähigen Schicht ist und aus der Anschlussstelle hervorragt. Die Frontkante muss gegebenenfalls durch eine Anschrägung für den Schweißprozess vorbereit sein.To carry out this connection technique, the ends of the two ribbon conductors must be prepared accordingly already in production. This includes that the steel strip (1), (11) is about 0.5 m free of the conductive layer and protrudes from the connection point. The front edge may need to be prepared by a bevel for the welding process.
Das Ausführen der Schweißverbindung (5), wozu vorzugsweise das MAG-Verfahren angewendet wird, erfolgt unter seitlicher Fixierung der Bleche, um einen zu hohen Wärmeeintrag in die restliche Leiterstruktur und einen Verzug des Bandes selbst zu vermeiden. Hiernach erfolgt ein Schleifprozess zur Beseitigung der senkrechten Überstände aus der Naht.The execution of the weld joint (5), to which preferably the MAG method is applied, is carried out with lateral fixing of the sheets in order to avoid too high heat input into the rest of the conductor structure and distortion of the strip itself. This is followed by a grinding process to remove the vertical protrusions from the seam.
Für die Verbindung der leitfähigen Schichten miteinander wird vorzugsweise das Vergießen mit Kupfer vorgesehen, da dessen Schmelztemperatur deutlich unter der von Stahl liegt [3]. Hierzu müssen die zurückliegenden Verbindungsstellen (6) vorher angeschrägt sein. Auch muss dafür in einer Fixierungshalterung ein seitlich ausgeführtes Formwerkzeug (10), das vorzugsweise mit Platin beschichtet ist, angebracht werden.For the connection of the conductive layers with each other, the casting with copper is preferably provided because its melting temperature is significantly lower than that of steel [3]. For this purpose, the previous connection points (6) must be previously bevelled. Also, a laterally executed molding tool (10), which is preferably coated with platinum, must be applied in a fixing fixture.
Alternativ dazu ist ebenfalls das Einbringen eines dünnen Kupferbleches (7) möglich, welches durch eine Schweißverbindung oder durch einen Hartlötprozess an beiden Seiten mit dem Gegenleiter verbunden wird. Ein sich anschließender Formschleifprozess muss dann alle Überstände (11), (12) beseitigen, damit die in
Um für die Verbindungserstellung aus
Um an den Nahtstellen eine noch ausreichend hohe Durchschlagfestigkeit zu erhalten, soll dieses Fertigungsverfahren mit Hilfe einer wärmegenerierenden und druckausübenden Form ausgeführt werden. Anschließend muss dann die äußere Schutzschicht ergänzt werden, die vorzugsweise aus eingefärbtem PVC besteht (9). Dieses kann durch einen granulatgespeisten Extruder geschehen, der ebenfalls Formelemente zur Sicherstellung des gleichmäßig dicken Auftrags beinhaltet.In order to obtain a sufficiently high dielectric strength at the seams, this manufacturing method should be carried out with the aid of a heat-generating and pressure-exerting form. Then, the outer protective layer must be supplemented, which preferably consists of colored PVC (9). This can be done by a granulate-fed extruder, which also includes mold elements to ensure the uniformly thick job.
Diese Prozesse können alle auf einem Spezialschiff vor Ort vorgenommen werden, so dass die Größe der einzelnen Flachbandleitercoils kleingehalten werden kann und sie sogar auf der Straße transportiert werden können.These processes can all be carried out on-site on a special vessel, so that the size of the individual flat-ribbon coils can be kept small and they can even be transported on the road.
Bei der Seeverlegung muss zum Auffangen von Längenschwankungen durch die thermische Ausdehnung der Bandleiter in leichten Mäandern auf den Meeresgrund verbracht werden. Ein flaches Aufliegen am Meeresgrund und eine Einsandung schützen den Leiter vor Beschädigungen durch die Schifffahrt. Der eine Strang kann bei der Hinfahrt, der andere bei der Rückfahrt gelegt werden. Ein dritter Reserveleiter für die Steigerung der Sicherheit der Verbindung ist ebenfalls möglich.In the case of sea shifting, in order to absorb the length variations caused by the thermal expansion, the strip conductors must be transported in light meanders to the seabed. A flat lying on the seabed and a silting protect the ladder from damage by shipping. One strand can be laid on the way there, the other on the way back. A third reserve manager for increasing the security of the connection is also possible.
Eine 100%-Überlast ist durch die Temperaturbeständigkeit des Isolationsmaterials und durch die gute Kühlung des Meerwassers für eine begrenzte Zeit möglich, sodass auch längerfristig hohe Stromstärken bei Windstärkenspitzen ausgenutzt werden können. Diese Möglichkeit stellt eine Steigerung der wirtschaftlichen Effizienz von Offshore-Windparks dar. Durch die mechanisch kompakte Struktur ist der Flachbandleiter auch bis zu 300 bar (3000 m Meerestiefe) einsetzbar, was ihn uneingeschränkt nordseetauglich macht. Die Anbindung zur Einspeisestation an Land kann koaxial durch ein kurzes Seekabel oder durch eine Strompipeline auf Mineralgussbasis vorgenommen werden.A 100% overload is possible due to the temperature resistance of the insulation material and the good cooling of the seawater for a limited time, so that even in the longer term high currents can be exploited at wind force peaks. This option represents an increase in the economic efficiency of offshore wind farms. Thanks to its compact mechanical structure, the ribbon cable can also be used up to 300 bar (3000 m sea depth), making it fully suitable for North Sea conditions. The connection to the onshore supply station can be made coaxially by a short submarine cable or by a mineral-based electricity pipeline.
Die Vorteile eines solchen teflonisolierten Flachbandleiters sind:
- • Kontinuierliche Fertigung durch Walzen, Stranggießen und Extrudieren
- • Einfache Verlegung vom Coil durch schnelle Verbindung der einzelnen Stücke miteinander
- • Geringe Verlustleistung bei Gleichstromübertragung (ca. 3% bei 60 km Anbindungslänge)
- • Gute Kühlung durch das Meerwasser und temperaturbeständiges Isolationsmaterial (bis ca. 260° C)
- • Durch die flache Ausführungsform resistent gegenüber möglich Beschädigungen am Meeresgrund durch den Fischereibetrieb
- • Einfache Reparatur durch die schnelle Aneinanderfügung der einzelnen Stücke möglich
- • Deutlich kostengünstiger gegenüber einer gleichwertigen Seekabel-Lösungen
- • Continuous production by rolling, continuous casting and extrusion
- • Easy installation of the coil by quick connection of the individual pieces with each other
- • Low power loss with DC transmission (about 3% with 60 km connection length)
- • Good cooling through the seawater and temperature-resistant insulation material (up to approx. 260 ° C)
- • Due to the flat design resistant to possible damage to the seabed by the fishing industry
- • Simple repair due to the quick joining of the individual pieces possible
- • Significantly less expensive than equivalent submarine cable solutions
Diese Technik ist verlustarm, hochfest gegen Umwelteinflüsse und wartungsfrei. Die Außenbelastung der Umwelt durch Gefährdung, Wärmeabfuhr und elektrische Felder ist so minimal, dass diese Strompipeline nahezu genehmigungsfrei überall verlegt werden kann. Die vollständige Recycelbarkeit des Materials ist ebenfalls gegeben.This technology is low-loss, high-strength against environmental influences and maintenance-free. The external pollution of the environment through hazards, heat dissipation and electric fields is so minimal that this current pipeline can be laid almost anywhere without authorization. The complete recyclability of the material is also given.
Eine Verlegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Gewässer mittels einschlämmen, eine Integration in Tunnel- oder Brückenkonstruktionen oder eine erhabene dammförmige Errichtung zur Überquerung von Gebirgen ist ebenfalls möglich.It is also possible to lay the device according to the invention through bodies of water by means of sludging, integration into tunnel or bridge constructions or a raised dam-like structure for crossing mountains.
Aufgrund der mechanischen Widerstandsfähigkeit und des idealen Korrosionsschutzes bildet die Strompipeline eine langfristig verfügbare Alternative zu bisherigen Überlandleitungen.Due to the mechanical resistance and the ideal corrosion protection, the current pipeline forms a long-term alternative to existing power lines.
Beispielhaft werden Ausführungsformen der Erfindung in den nachfolgenden Figuren dargestellt und näher beschrieben, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.By way of example, embodiments of the invention are illustrated and described in more detail in the following figures, the invention being not limited thereto.
Es zeigen:
-
1 : schematisch den Aufbau eines Flachbandleiters (1') für die Hochspannungs-Gleichstromanbindung von Offshore-Windparks, -
2 : schematisch den Längsschnitt einer Verbindungsstelle des Flachbandleiters (1'), und -
3 : schematisch den Querschnittder Verbindungsstelle aus 2 mit einem Formwerkzeug.
-
1 FIG. 2 schematically shows the construction of a flat conductor (1 ') for the high-voltage direct current connection of offshore wind farms, -
2 FIG. 2 schematically shows the longitudinal section of a connection point of the ribbon conductor (1 '), and FIG -
3 schematically shows the cross section of the joint2 with a mold.
In der
Der Flachbandleiter (
Zudem ist eine Kunststoffisolierung (
Aus diesem Grund wird hier erfindungsgemäß zur Lösung des Problems ein Flachbandleiterkonzept vorgeschlagen, welches aus einem dünnen Stahlträger (
Die Fertigung eines solchen Flachbandleiters kann kontinuierlich mittels Walzvorgän-gen unter Zuhilfenahmen eines Extrusionsprozesses für die Kunststoffe erfolgen. Zuerst muss die Verbindung zwischen dem Stahlträger und der leitfähigen Schicht, die vorzugsweise aus Kupfer besteht, erstellt werden. Aufgrund der geringen Dicke dieser Schicht, vorzugsweise 3 mm, und der Breite des Stahlbandes, welche bei mindestens 30 cm liegen sollte, kommen hierfür neben dem Gießen auch andere Beschichtungsverfahren wie Warmwalzen oder Galvanisieren in Frage.The production of such a ribbon conductor can be carried out continuously by means of rolling processes with the aid of an extrusion process for the plastics. First, the connection between the steel beam and the conductive layer, which is preferably made of copper, must be created. Due to the small thickness of this layer, preferably 3 mm, and the width of the steel strip, which should be at least 30 cm, in addition to the casting, other coating methods such as hot rolling or electroplating come into question.
An die Isolationsfähigkeit des Teflon werden hier hohe Anforderungen gestellt. Gemäß [Elias, H.-G.: Makromoleküle. Anwendungen von Polymeren. 6. vollständig über-arbeitete und erweiterte Auflage. ISBN 978-3-527-62651-9, Wiley Verlag, Wein-heim, 2009] weist es Durchschlagfestigkeiten auf, die die maßlich gestellten Anforderungen, ca. 1 cm, die sich aus den Angaben in
Um aus auf Coils gewickelten und damit gut transportablen Einzelstücken eine kontinuierliche Leitung bis zu ca. 60 km Länge zusammenzusetzen, ist die Schaffung der Möglichkeit einer schnellen und zuverlässigen Verbindungstechnik zwischen den einzelnen Abschnitte erforderlich. Diese muss auch an Bord eines Verlegeschiffs auf See ausgeführt werden können.In order to be able to assemble a continuous line up to approx. 60 km in length from coil-wound and thus easily transportable individual pieces, the possibility of a fast and reliable connection technique between the individual sections is required. This must also be on Can be performed on board a laying vessel at sea.
In der
Erfindungsgemäß soll diese Verbindungsstelle in fünf Phasen ausgeführt werden, wie es in
Dabei stellt (
Der Verbindungsprozess an der Verbindungsstelle zwischen den Bandleitern von zwei Coils ist in
- 1. Erstellen einer Schweißverbindung der beiden Stahlbänder miteinander, vorzugsweise nach dem MAG-Verfahren (
5 ), (11 ) - 2. Erstellen der elektrischen Verbindung durch einseitigen Verguss, Verlötung oder Verschweißung eines Zwischenstückes der vorzugsweise aus Kupfer bestehenden leitfähigen Beschichtung (
6 ), (7 ), (13 ) in einem Formwerkzeug (10 ) mit Überstand (12 ) - 3. Profilschleifen der Verbindungsstelle und Abrunden der Kanten
- 4. Vervollständigen der Isolationsschicht durch Pulversintern mit Teflon (
8 ), (14 ) - 5. Abschließendes ummanteln mit PVC durch vorzugsweise extrudieren (
9 ), (15 ).
- 1. Creating a welded joint of the two steel strips together, preferably by the MAG method (
5 )11 ) - 2. Creating the electrical connection by one-sided encapsulation, soldering or welding of an intermediate piece of the preferably copper existing conductive coating (
6 )7 )13 ) in a mold (10 ) with supernatant (12 ) - 3. Profile grinding of the joint and rounding of the edges
- 4. Complete the insulation layer by powder sintering with Teflon (
8th )14 ) - 5. Final encasing with PVC by preferably extruding (
9 )15 ).
Zur Ausführung dieser Verbindungstechnik müssen die Enden der beiden Flachbandleiter schon in der Produktion entsprechend vorbereitet werden. Dazu gehört, dass das Stahlband (
Das Ausführen der Schweißverbindung (
Für die Verbindung der leitfähigen Schichten miteinander wird vorzugsweise das Vergießen mit Kupfer vorgesehen, da dessen Schmelztemperatur deutlich unter der von Stahl liegt [N.; N.: Formelsammlung: Formeln, Tabellen, Daten. 1. Auflage. ISBN 978-3-89818-700-8, DUDEN PAETEC Schulbuchverlag, Berlin, Mannheim, 2013]. Hierzu müssen die zurückliegenden Verbindungsstellen (
Um für die Verbindungserstellung aus
Die dargestellten Figuren zeigen die Anwendbarkeit der entwickelten Vorrichtung, belegen Möglichkeiten zu deren Herstellung, wobei die Erfindung nicht auf die aufgezeigten Verwendungsmöglichkeiten und Materialien sowie Kombinationen dieser beschränkt ist.The illustrated figures show the applicability of the developed device, demonstrate possibilities for their production, wherein the invention is not limited to the indicated uses and materials and combinations thereof.
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