DE1067099B

DE1067099B - Einrichtung zur Übertragung großer Leistungen durch elektrische Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE1067099B
Application number: DENDAT1067099D
Authority: DE
Inventors: Lyon Louis Domenach (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Generale dElectncite, Paris
Priority date: 1957-05-21
Publication date: 1959-10-15
Also published as: US3013101A; CH344760A; GB832575A; FR1175596A

Description

In immer steigendem Umfange werden Hochspannungskabel verwendet, um größere Leistungen über kurze Entfernungen zu übertragen, z. B. auf der Ausgangsseite von Zentralen zwischen den Transformatoren und den Freileitungen oder als Einführung in Unterstationen, die größere Verbraucherzentren versorgen, in denen auf begrenzter Fläche hohe Leistungen gebraucht werden, oder in den Verbindungsnetzen, welche die großen Verbraucherzentren umgeben. Wegen der außerordentlich hohen Leistungen muß man dabei zu sehr hohen Spannungen übergehen.

Es ist bekannt, diese Höchstspannungskabel mit einer selbsttätigen Kühlung auszurüsten, um ihre Übertragungsleistung zu erhöhen. Es ist. bereits vorgeschlagen worden, bei einem Kabel mit dichtem rohrförmigem Leiter diesen Leiter als Kühlkanal zu verwenden, indem man durch den Leiter ein Kühlmittel strömen läßt. Wie dabei das Kühlmittel an den Ausgangspunkt zurückfließen soll, ist nicht angegeben.

Bei anderen bekannten Bauarten dient als Kühlmittel ein Isolieröl, das Zutritt zu der Isolierung des Kabels hat. In einer solchen Anlage ist ein Kabel, welches keinen dichten Mantel besitzt, in einem Rohr angeordnet, das von gekühltem öl durchströmt wird. Das Öl fließt durch ein zusätzliches Rohr zurück. Dabei wird aber, da das Kabel keinen zentralen Kanal besitzt, die Isolierung des Kabels nur von außen gekühlt. Die Kühlung ist daher weniger wirksam, denn gerade in der Nähe des Leiters ist der Temperaturgradient am größten, zumal in Kabeln für sehr hohe Spannungen, die eine Isolierung von größerer Wandstärke benötigen. Bei einer derartigen Anlage, bei der ebenfalls die Kabel ohne dichten Mantel in Rohren verlegt sind, in denen sich Isolieröl befindet, sind in Abständen längs dieses Rohres Kühlvorrichtungen für das öl angeordnet. Aber auch hier wird nur die Außenfläche des Kabels gekühlt. Um die Kühlwirkung zu verbessern, ist deshalb bei einem bleiummantelten Ölkabel ferner vorgeschlagen worden, den zentralen ölkanal dieses Kabels ständig mit gekühltem Isolieröl zu speisen, welches durch ein parallel zum Kabel verlegtes Hilfsrohr zurückfließt. Nach einem weiteren Vorschlag wird diese Anordnung noch dadurch vereinfacht, daß der Rücklauf des Öles statt über ein besonders verlegtes Hilfsrohr über ein zweites ölkabel erfolgt, das gleichfalls einen zentralen ölkanal besitzt. Abgesehen davon, daß die Kabel nur von einer Seite, entweder von innen oder von außen, gekühlt werden, haben aber diese Bauarten sämtlich den Nachteil, daß eine vollständige Dichtigkeit, die jeden Luftzutritt ausschließt, sehr schwierig zu erreichen ist und eine sehr sorgfältige und kostspielige Bauart der ganzen Einrichtung erfordert. Außerdem besteht, selbst bei Abwesenheit jeder Spur von Luft, die Gefahr, daß

Einrichtung .

zur Übertragung großer Leistungen
durch elektrische Hochspannungskabel

Anmelder:
Compagnie Generale d'Electricite, Paris

Vertreter: Dr. F.-K. Lehmann, Rechtsanwalt,
Köln, Deutscher Ring 3

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 21. Mai 1957

Louis Domenach, Lyon (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

das Öl der Kabelisolierung, das gleichzeitig als Kühlmittel dient, in den hierfür notwendigen Kühlvorrichtungen, Rohrleitungen und Pumpen, zumal bei den im Betriebe der Kabel herrschenden erhöhten Temperaturen, verunreinigt wird. Eine Verunreinigung des Isolieröles würde aber insbesondere bei einem Hochspannungskabel eine ganz und gar unzulässige Erhöhung der dielektrischen Verluste in der Isolierung des Kabels hervorrufen.

Die- Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile. Sie bezieht sich auf eine Anlage mit einem oder mehreren Kabeln, die einen dichten zentralen Kanal und eine dichte äußere Hülle besitzen und in einem druckfesten Rohr angeordnet sind. Erfindungsgemäß steHt dabei der zentrale Kanal jedes Kabels über ein isolierendes Rohr und eine Kühlvorrichtung mit dem Innenraum des druckfesten Rohres in Verbindung, so daß in dem aus den genannten zentralen Kanälen und dem druckfesten Rohr gebildeten geschlossenen Kreislauf eine Strömung eines kühlenden Mittels aufrechterhalten werden kann.

Im Gegensatz zu den geschilderten bekannten Anordnungen ermöglicht die Einrichtung nach der Erfindung eine wirksamere Kühlung der Leiter und der Isolierung der Kabel durch das gleichzeitig im Innern und auf der Außenseite der Kabel umlaufende kühlende Mittel. Es sind keine parallel zum Kabel verlegten Hilfsrohre erforderlich. Außerdem hat das umlaufende kühlende Mittel keinen Zutritt zu der Isolierung der Kabel. Vielmehr werden zur Tränkung

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der Isolierung und für die Kühlung des Kabels getrennte Flüssigkeiten verwendet. Es ist daher nicht notwendig, umständliche und kostspielige Maßnahmen zu treffen, um eine Verschlechterung des Kabeltränkmittels in Kühlvorrichtungen, Rohrleitungen und Pumpen zu verhindern, wie sie sonst unumgänglich wären, um eine Erhöhung der dielektrischen Verluste der Kabel zu vermeiden. Auch kann das in der Einrichtung nach der Erfindung verwendete kühlende Mittel völlig beliebig gewählt werden, da es in keiner Weise mit der Isolierung der Kabel in unmittelbare Berührung kommt. Wird hierbei als Kühlmittel ebenfalls ein öl verwendet, so * ist zwar das gesamte er- ■ forderliche ölvolumen größer als bei den bekannten Anordnungen. Diese ölmenge braucht aber nur einmal bereitgestellt zu werden, denn es ist immer das gleiche Kühlöl, das in dem geschlossenen Kreis umläuft. Außerdem bietet die Einrichtung nach der Erfindung dem Bekannten gegenüber den großen Vorteil einer rascheren und gleichmäßigeren Kühlung des Kabels, weil das Kühlmittel, wie oben schon erwähnt, sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche des Kabels bespült und somit von beiden Seiten der Isolierung die im Betriebe entstehende Wärme abführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, aus der gleichzeitig weitere Einzelheiten der Erfindung ersichtlich sind.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Kabel im Querschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Endarmaturen und

Fig. 3 eine schematische Übersicht der gesamten Anordnung.

Nach Fig. 1 ist der Leiter 2 des einzelnen Kabels um ein dichtes Rohr 1 verseilt, das aus Metall oder aus plastischer Masse bestehen kann. Die Isolierung 3 des Kabels ist mit einem Mantel 4 aus Metall oder einer öldichten synthetischen Masse, z. B. aus Polyäthylen, umgeben. Über dem Mantel 4 sind Gleitdrähte 5 angeordnet. Drei solcher Kabel sind in dem dargestellten Beispiel in einem Stahlrphr 6 verlegt, wobei die Gleitdrähte 5 in üblicher Weise dazu dienen, das Einziehen der Kabel in das Stahlrohr zu erleichtern. Der freie Zwischenraum 7 zwischen den Kabeln und dem Stahlrohr ist mit öl gefüllt, das als kühlendes Mittel dient. Dieses öl ist unter einem Druck eingefüllt, der beispielsweise 25 kg/cm² erreichen kann.

Die zwangläufige Kühlung geschieht nach der Erfindung dadurch, daß das öl mittels einer Pumpe in dem durch die zentralen Kanäle 1 und den Kanal 7 des Stahlrohres zu bildenden geschlossenen Ring in Umlauf gehalten wird. Zu diesem Zweck ist an den Kabelenden eine Verbindung zwischen den zentralen Kanälen der Kabelleiter und einem Rohr, das zu dem Stahlrohr 6 führt, hergestellt.

Die Fig. 2 stellt eine derartige Anordnung für ein Kabelende dar, die Fig. 3 in schematischer Darstellung für eine ganze Kabellänge. Die Pfeile deuten dabei die Strömungsrichtung des Kühlöles an. Das die drei Kabel enthaltende Stahlrohr 6 ist durch drei Metallrohre 17 verlängert, die wiederum durch Anschlußstücke 18 mit den Endverschlüssen 19 verbunden sind. Jedes der Kabel ist durch ein Rohr 17 in einen Endverschluß 19 eingeführt. In dem Endverschluß 19 ist der zentrale Kanal 1 des einzelnen Kabels mit einem dichten isolierenden Rohr 20 verbunden, das aus dem Anschlußstück 18 durch eine dichte Verbindung 21 herausgeführt ist, um zu vermeiden, daß sich ■das Kühlöl mit dem den Endverschluß ausfüllenden •Isolieröl des Kabels mischt,. Außerhalb des Endverschlusses 19 ist das Rohr 20 an eine Pumpe 22 angeschlossen, die über eine Kühlschlange 23 mit dem Zwischenraum 7 des Stahlrohres 6 in Verbindung steht. Man kann so durch die Pumpe 22 einen ständigen Umlauf des Kühlöles bewirken. In ähnlicher Weise kann man an den Sperrmuffen der Kabelanlage einen Umlauf herstellen.

Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht es, eine viel größere Leistung zu übertragen als mit Kabein, die in üblicher Weise in Stahlrohren verlegt sind. So kann man z. B. bei Verwendung von öl als Kühlmittel in Kabeln, die einen dichten zentralen Kanal von 15 mm Durchmesser besitzen, bei einem Kühlmitteldurchsatz von 10 l/Min, in jedem Kanal (ein verhältnismäßig niedriger Wert, wie er gewählt wird, um eine turbulente Strömung zu vermeiden und die Strömungsverluste niedrig zu halten), ohne eine Differenz von 35° C zwischen den öltemperaturen am Eingang und am Ausgang der Kühlvorrichtung zu

ao überschreiten, 1800 · 35 · 0,45 = 28 500 Kalorien pro Stunde abführen, wobei 0,45 die spezifische Wärme des Öles bedeutet. Dies entspricht einer Leistung von

28-500 -4-180
3-600

= 33 000 Watt.

In einer Kabelanlage von 100 m Länge kann man also 330 Watt pro Meter abführen, und in einer Anlage mit drei Kabeln von 330 m Länge kann man 33 Watt pro Meter jedes dieser Kabel abführen. Betrachtet man den letztgenannten Fall, so ergibt sich, daß für 400-kV-Kabel diese zusätzliche Kühlung von 33 Watt pro Meter addiert zu der natürlichen Wärmeabfuhr des Kabels bei einem Kupferquerschnitt von nur 400 mm² eine um 50% höhere Leistung zu übertragen gestattet gegenüber der Übertragungsleistung eines üblichen Kabels mit einem Leiterquerschnitt von 1100 mm². Man erzielt also eine Einsparung von 700 mm² Kupferquerschnitt und kann gleichzeitig eine um 50% höhere Leistung übertragen. Bei einer Spannung von 220 kV könnte man eine Leistung von 400 MVA mit einem Leiterquerschnitt von 400 mm² übertragen, was einem Leistungsgewinn von 33% und einem Gewinn von 600 mm², bezogen auf den Kupferquerschnitt jedes Leiters, entspricht. In dem betrachteten Beispiel beträgt der Druckverlust in dem durch die zentralen Kanäle der drei Kabel und den ringförmigen Zwischenraum in dem Stahlrohr gebildeten Kühlkreislauf etwa 3 kg/cm² pro km. Ein soleher Druckverlust kann leicht mittels einer Pumpe bewältigt werden.

Schließlich ermöglicht es die Erfindung, auch höhere Spannungen als 400 kV, ζ. Β. 500 oder 60OkV, anzuwenden, bei welchen die Kabel auf Grund ihrer dielektrischen Verluste, die bekanntlich mit dem Quadrat der Spannung steigen, sonst nicht mehr wirtschaftlich betriebsfähig wären.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Übertragung hoher Leistungen durch ein oder mehrere elektrische Hochspannungskabel, die einen dichten zentralen Kanal und eine dichte äußere Hülle besitzen und in einem druckfesten Rohr angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kanal jedes Kabels über ein isolierendes Rohr und eine Kühlvorrichtung mit dem Innenraum des druckfesten Rohres in Verbindung steht, so daß in dem aus den ge-

nannten zentralen Kanälen und dem druckfesten Rohr gebildeten geschlossenen Kreislauf eine Strömung eines kühlenden Mittels aufrechterhalten werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den zentralen Kanälen der Kabel und dem druckfesten Rohr an den Kabelenden in den Endverschlüssen hergestellt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den zentralen Kanälen der Kabel und dem druckfesten Rohr in den Sperrmuffen der Kabel hergestellt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 327 471; USA.-Patentschrift Nr. 2 535 187.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen