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Unterflurstationen für elektrische Großgeräte, wie z. B. Transformatoren,
Motoren und Generatoren Die starke Besiedlung und Industriealisierung räumlich begrenzter
Gebiete hat die elektrischen Energieversorgungsunternehmen dazu gezwungen, in den
Zentren dieser Gebiete, den sogenannten Lastschwerpunkten, Umspannstationen aufzustellen,
die die zugeführte Hochspannung in die entsprechende Verbraucherspannung umwandeln.
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Während für eine Aufstellung solcher Umspannstationen über der Erde
sogenannte Kioskstationen entwickelt wurden, ging man in anderen Gebieten, in denen
hinsichtlich der Eigentumsverhältnisse, der Raummiete, der Zugänglichkeit und der
Feuersicherheit Schwierigkeiten bestehen, dazu über, die Umspannstationen in Kammern
unter der Erde aufzustellen. Diese Unterflurstationen werden im allgemeinen unter
der Straßendecke, Gehsteigen, Verkehrsinseln oder Grünanlagen eingerichtet. Sie
haben vor allem den- Vorteil, daß sie keine Verkehrsbehinderung darstellen und das
Stadtbild nur geringfügig beeinträchtigen. Gegenüber den Kioskstationen ist jedoch
die Abfuhr der Verlustwärme der Transformatoren wesentlich schwieriger.
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Es sind aus diesen Gründen Unterturstationen entwickelt worden, die
entweder durch natürliche oder durch künstliche Luftumwälzung mit der Außenluft
in Verbindung stehen. Zum Schutz gegen Flutwasser enden die hierfür vorgesehenen
Außenluftschächte häufig in kaminartigen Aufsätzen, oder es werden an Stelle dieser
Aufsätze besonders große Abflußrohre vorgesehen, um mit Sicherheit ein überfluten
der Transformatorenräume zu verhindern. Diese Art der Aufstellung erfordert im allgemeinen
hohe Kosten und führt, soweit kaminartige Aufsätze für die Außenluftschächte verwendet
werden, zu einer Minderung des städtebaulichen Bildes. Zudem ist vielfach eine künstliche
Luftumwälzung notwendig, die eine zusätzliche Wartung erfordert.
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Man hat daher für Unterfiurstationen bereits einen Senkkasten entwickelt,
an dessen Stahlwänden ein Rohrsystem angebracht ist. Durch das Rohrsystem wird über
eine Umlaufpumpe Transformatorenöl gepumpt, das so seine Wärme an die Senkkastenwände
abgibt. Die Senkkastenwände ihrerseits stehen in inniger Berührung mit dem sie umgebenden
Erdboden und geben ihrerseits Wärme an diesen ab. In sandigem trockenem Boden und
vor allem dann, wenn sich die Unterflurstationen unter einer Straßendecke aus Asphalt
befindet, ist die Wärmeabfuhr bei dieser Senkkastenstation ungenügend. Ähnlich liegen
die Verhältnisse, wenn die Großgeräte, z. B. Transformatoren, direkt mit dem Transformatorkessel
in den Erdboden eingelassen werden. Auch bei diesen Stationen besteht dann, wenn
das den Transformatorkessel umgebende Erdreich trocken ist, eine schlechte Wärmeabfuhr.
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Ferner ist es bekannt, den mit Isolierflüssigkeit gefüllten Transformator
in eine Betongrube zu versenken, wobei der Zwischenraum mit einer Kiesschicht ausgefüllt
ist. Man kann zwar die Kiesschicht feucht halten, die Wärmeabgabe dürfte aber nicht
besser als bei den unmittelbar in das Erdreich eingebetteten Transformatoren sein.
Man hat deshalb auch schon die Abkühlung des Transformators dadurch zu verbessern
versucht, daß man den Öltransformator mit einem weiteren Gehäuse umgeben hat und
in dieses kaltes Wasser von unten zuführte, und das erwärmte Wasser oben ablaufen
ließ. Hierzu wird das Kühlwasser dem Leitungsnetz entnommen, wobei besondere Vorkehrungen
für die Zu- und Abführung des Wassers zu treffen sind.
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Zur Kühlung der Transformatoren von Wasserkraftwerken ist es auch
bekannt, eine Kühlvorrichtung im Unterwasserkanal einzubauen. Diese wird also ständig
von dem fließenden Wasser des Unterwasserkanals umspült und kühlt das in den Rohren
der Kühlvorrichtung vorhandene Kühlmittel ab. Da der Unterwasserkanal praktisch
immer tiefer liegt als die zu kühlenden Geräte, muß das Kühlmittel durch
den
Kühlkreislauf gepumpt werden. Es ist also eine künstliche Aufrechterhaltung des
Kühhnittelflusses notwendig. Die Verwendung von besonderen Pumpen zur Aufrechterhaltung
des Kühlkreislaufes ist aber in Unterflurstationen unerwünscht, da diese Pumpen
einer ständigen Wartung und Überwachung bedürfen.
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Ähnliche Schwierigkeiten in der Wärmeabfuhr bestehen für unter der
Erde angeordnete Generatoren von Phasenschieberstationen oder für Großkondensatoren
von Kondensatoranlagen, die in Unterflurstationen untergebracht sind.
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Die Erfindung betrifft Unterflurstationen für elektrische Großgeräte,
wie z. B. Transformatoren, Motoren, Generatoren, bei denen das Großgerät in einer
vorzugsweise mit Wasser als Kühlmittel angefüllten Unterflurkammer aufgestellt ist.
Sie besteht darin, daß das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit dem Abwasser eines Abwasserkanals
steht.
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Zur näheren Erläuterung wird auf die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung
verwiesen; es zeigt Fig. 1 eine Umspannstation mit Abwasserkammer und Transformatorkammer,
Fig. 2 eine Umspannstation mit Abwasserkammer, Transformatorkammer und zusätzlichem
Kühlrohrsystem in der Abwasserkammer.
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Fig. 1 zeigt den senkrechten Schnitt durch eine Umspannstation, die
unterhalb einer Straße angeordnet ist. Etwa in der Mitte der Straße ist ein Kanaldeckel
1 eingelassen, der einen Entlüftungsschacht 2 für die Abwasserkanalisation 3 verschließt.
Der Entlüftungsschacht ist etwa in Höhe des Kanalisationsrohres 3 zu einer Abwasserkammer
4 ausgebaut, deren Höhe der Höhe des verwendeten Transformators 5 entspricht. Der
Transformator 5 befindet sich auf gleicher Ebene wie der Grund der Abwasserkammer
4 in einer Transformatorkammer 6. Die Transformatorkammer 6 ist durch eine Platte
7 aus Beton oder Stahl nach oben abgeschlossen. Auf der Platte 7 ist ein Gerüst
8 für die Hochspannungs-Schaltgeräte aufgebaut. Die Niederspannungsdurchführung
12 ist über eine Leitungsschiene 13 mit der Niederspannungsverteilung
14 verbunden. Die Niederspannungsverteilung 14 sowie das die Ringkabeltrennschalter
10 und die Hochleistungssicherung 9 tragende Gerüst 8 befinden sich
in einer Stationskammer 15, die über den Einstieg 16 im Bürgersteig der Straße zugänglich
ist und luftdicht abgeschlossen werden kann, da hier keine nennenswerte Verlustwärme
auftritt. In der Transformatorkammer 6 endet ein Kühlwasserzuflußrohr 17, das über
ein Ventil 18 geöffnet und verschlossen werden kann. Das Ventil 18 steht in Einstellabhängigkeit
von einem Kühlmittelstandsanzeiger 19 und einem Temperaturfühler 21. Im Betrieb
ist die Kammer 4 des Entlüftungsschachtes mit Abwasser angefüllt, die Transformatorkammer
5 dagegen mit Leitungswasser. Steigt das Wasser in der Transformatorkammer über
eine bestimmte Höhe an, so fließt es über ein Überlaufrohr in die Abwasserkammer
4 ab. Sinkt das Kühlmittel über eine bestimmte Höhe, so spricht der Kühlmittelstandsanzeiger
19 an und öffnet das Ventil 18, so daß weiteres Wasser zufließt. Die Abwasserkammer
4 und die Transformatorkammer 6 sind durch eine gut wärmeleitende Beton- oder Stahlwand
20 (Wärmeaustauschwand) voneinander getrennt. Die Verlustwärme des Transformators
wird vom Kühlwasser aufgenommen und über die Wärmeaustauschwand 20 zwischen der
Transformatorkammer 6 und der Abwasserkammer 4 direkt ohne Luftpolster auf das Abwasser
übertragen. Da das Abwasser im jahreszeitlichen Verlauf eine annähernd konstante
Temperatur von etwa 15° C annimmt und da sich in den Kanalisationsrohren im allgemeinen
eine Mindestwassermenge befindet, ist für eine gute Abfuhr der in der Abwasserkammer
4 vorhandenen Wärme und damit auch der Verlustwärme des Transformators gesorgt.
Sinkt das Abwasser im Kanalisationsrohr bei anomalen Verhältnissen unter das untere
Ende des Kanalisationsrohres ab und tritt hierdurch in der Abwasserkammer ein Wärmestau
auf, d. h., die Verlustwärme des Transformators wird nicht mehr abgeführt, so spricht
ein Temperaturfühler 21 an und sorgt für die Zufuhr von frischem Kühlwasser für
die Dauer des Versagens der Abwasserkühlung.
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In Fig. 2 ist die Abwasserkammer 4 und die Transformatorkammer
6 der in Fig. 1 gezeigten Umspannstation noch einmal dargestellt. Der Wärmeübergang
zwischen Kühlmittel und Abwasser findet jedoch nicht nur über die Zwischenwand der
Kammer 4 und der Kammer 6 statt, sondern zusätzlich noch über ein Kühlrohrsystem
22. Das warme Kühlmittel, für das an Stelle von Wasser auch ein anderes flüssiges
Kühlmittel benutzt werden kann, wird von dem fließenden Wasser des Abwasserkanals
abgekühlt und fällt in der Kühlschlange 22 nach unten. Es gibt somit seine Wärme
an den Abwasserkanal ab und wird abgekühlt der Transformatorkammer wieder zugeführt.
Das in der Abwasserkammer erwärmte Wasser steigt nach oben und wird fortgespült.
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Je nachdem, in welcher Größe die Wärmeverluste auftreten, kann die
eine oder die andere Ausführung verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, die
Transformatoren oder anderen elektrischen Großgeräte in trockenen Kammern anzuordnen
und sie in bekannter Weise mit einem Kühlmittelkreislauf aus Rohrsystemen oder ähnlichem
zu umgeben und diesen Kühlmittelkreislauf durch den Abwasserschacht oder auch direkt
durch die Kanalisation zu führen.