DE1665401B2

DE1665401B2 - Verfahren zum kuehlen eines oelgefuellten starkstromkabels

Info

Publication number: DE1665401B2
Application number: DE1967P0043591
Authority: DE
Inventors: Paolo Gazzana Mailand Priaroggia (Italien)
Original assignee: Industrie Pirelli SpA
Current assignee: Industrie Pirelli SpA
Priority date: 1966-12-16
Filing date: 1967-12-12
Publication date: 1976-09-09
Also published as: FI50820C; CH464304A; NO128196B; US3485930A; NO128196C; CH1659267A4; BE704761A; DE1665401A1; SE330192B; AT283480B; FI50820B; GB1177716A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen eines ölgefüllten Starkstromkabels oder -kabelabschnittes, bei dem Kabelöl abwechselnd von einem geschlossenen ölgefäß an einem Ende des Kabels bzw. Kabelabschnittes über das Kabel bzw. den Kabelabschnitt in ein geschlossenes ölgefäß am anderen Ende desselben getrieben wird, wobei ölgefäße mit zumindest teilweise elastisch deformierbaren Wandungen verwendet werden.

Der Leiter eines Starkstromkabels wird bekanntlich im Betrieb durch den Joule-Effekt erwärmt. Dabei nimmt der Leiter eine Temperatur an, die vom elektrischen Widerstand des Leiters je Längeneinheit, von der Stromstärke im Kabel, vom Wärmeleitwiderstand der Isolation und von den Eigenschaften der Umgebung des verlegten Kabels anhängt.

An bestimmten Stellen können ferner im Kabel lokale Überhitzungen auftreten, beispielsweise infolge einer örtlichen Zunahme des elektrischen Widerstandes des Leiters (etwa an den Klemmstellen von Kabelverbindungen) oder des Wärmeleitwiderstandes der Isolation (etwa infolge einer Verdickung der Isolierschicht an Kabelverbindungen oder an Endverschlüssen) oder aber durch ungünstige Umgebungsbedingungen (etwa bei in ruhender Luft verlaufenden oder in sehr trockenem Boden verlegten Kabelabschnitten sowie an Endverschlüssen).

Die Belastbarkeit eines Kabels wird jedenfalls so berechnet daß die vom KabeJleiter erreichte Temperatur, insbesondere an den am stärksten erhitzten Stellen. immer unter dem zulässigen Wert bleibt, der im allgemeinen bei ölgefüllten Kabeln bei 85⁰C liegt, wobei es bekannt ist, an das Kabel ein Ausgleichsgefäß anzuschließen, welches derar ausgeführt ist, daß konstanter Öldruck im Kabel aufrechterhalten wird (FR-PS 8 55 447, GB-PS 4 44 856).

Um die Belastbarkeit eines Kabels ohne Überschreiten der für den Leiter zulässigen Temperatur zu erhöhen, ist es notwendig, Maßnahmen zu treffen, durch welche ein möglichst großer Teil der durch den Joule-Effekt erzeugten Wärmemenge abgeführt wird und/oder örtlich überhitzte Stellen vermieden werden.

Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, im zentralen Kanal des Kabelleiters, der bei ölgefüllten Einleiterkabeln stets vorhanden ist, um den bei Temperaturänderungen notwendigen, ausgleichenden ölfluß zwischen dem Kabel und den das Kabel speisenden ölgefäßen zu ermöglichen, öl für Kühlzwekke fließen zu lassen.

Das erläuterte Problem hat aber sehr verschiedene Aspekte, je nachdem, ob es sich um die Kühlung des gesamten Kabelleiters oder um die Beseitigung von örtlichen Überhitzungsstellen desselben handelt.

Im ersten Falle ist der erforderliche ölfluß sehr erheblich, nämlich in der Größenordnung des 50- bis lOOfachen des normalen Ausgleichsflusses während solcher Perioden, in welchen das Kabel Temperatur-

Schwankungen unterliegt Deshalb ist in diesem Falle eine besondere Konstruktion des Kabels und der Kabelzugehörteile erforderlich, und zwar sowohl hinsichtlich des Durchmessers des Kanals für den ölfluß als auch hinsichtlich des im Innert η des Kabels zulässigen Druckes.

Der zweite Teil ist demgegenüber einfacher, weil der hierbei erforderliche ölfluß in der gleichen Größenordnung liegt wie der Ausgleichsfiuß während jener Perioden, in welchen das Kabel Temperaturschwankungen unteriiigt

In beiden Fällen wäre es aber erforderlich, im ölstromweg eine Pumpe vorzusehen; diese Pumpe würde jedoch dnen schwachen Punkt im gesamten System darstellen, weil sie mit der Zeit zu einer Verunreinigung des Öles führen bzw. Anlaß zu einem ölaustritt bzw. einem Lufteintritt geben kann.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, den Fluß des Kabelöles zwischen den beiden ölgefäOen, die an den beiden Enden des Kabels bzw. Kabelabschnittes angeordnet sind, pnter Gasdruck zu bewirken. Das öl wird dabei durch Änderung de: Gasdruckes in den beiden Gefäßen veranlaßt, von dem einen Gefäß über das Kabel zum andern zu fließen. Bei diesem Verfahren ist keine Pumpe im Ölstromweg erforderlich, doch hat es den Nachteil, daß es zur Messung der Stärke des ölflußes erforderlich ist, in den ölstromweg Meßeinrichtungen einzufügen, die dann ihrerseits wieder schwache Stellen im System ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunJe, ein Verfahren sowohl zum Kühlen des Kabels als auch zum Beseitigen örtlicher Oberhitzungsstellen mit öl zu schaffen, ohne daß ölpumpen und Meßeinrichtungen im ölstromweg vorhanden sine. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens im Bereich der elastisch deformierbaren Wandung eines der ölgefäße an der Außenseite desselben eine Flüssigkeit vorgesehen wird und daß der ölfluß über das Kabel durch erzwungene Änderung des von der Flüssigkeit auf das ölgefäß ausgeübten Druckes und die hierdurch erzwungene Änderung des Volumens des ölgefäßes bewirkt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, bei der an beiden Enden des Kabels oder Kabelabschnitts je ein geschlossener Raum vorgesehen ist, der durch eine deformierbare Wand in zwei Teilräume unterteilt ist, von denen der eine als ölgefäß dient, vollständig mit öl gefüllt ist und mit dem ölkanal bzw. Kabelabschnitt mittels Rohrleitungen in Verbindung steht, während der andere Teilraum mit einem Arbeitsmittel gefüllt ist, wobei eine Einrichtung zur Änderung des Druckes des Arbeitsmittels vorgesehen ist.

Eine Anlage dieser Art (DT-PS 9 04 202) dient für den Betrieb eines ölgefüllten elektrischen Kabels, dessen Endverschlüsse sich auf verschiedener Höhe befinden. Um nachteilige Folgen zufolge Überdrucks des Öls am tiefergelegenen Endverschluß und zufolge Unterdrucks am höhergelegenen Endverschluß zu verhindern, sind die anderen Teilräume mit Gas gefüllt, dessen Druck derart geregelt wird, daß das öl am tieferliegenden Endverschluß mittels höheren Drucks am tieferliegenden und/oder durch Aufrechterhalten von Unterdruck am höherliegenden Endverschluß unter einem Druck gehalten wird, der den Druck in dem höherliegenden Endverschluß um etwa den hydrostatischen Druck der ölsäule des Kabels übersteigt.

Eine Anlage der genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der anderen Teilräume in einem mindestens zum vollständigen Bedecken des ölgefäßes ausreichenden Ausmaß mit Flüssigkeit gefüllt und mit einer Einrichtung zum Anlegen von Druck an die Flüssigkeit verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert:

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Anlage gemäß der Erfindung;

Fig.2 ist eine analoge schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels.

In F i g. 1 ist mit 1 das zu kühlende Kabel bezeichnet, an dessen Enden Auslaßteile 2 bzw. 2' vorgesehen sind. Das in den Zeichnungen dargestellte Kabel stellt einen durchgehenden hydraulischen Abschnitt dar, der auch sogenannte Durchgangsverbindungen (Kabelverbindungen mit öldurchfluß) enthalten kann. Der Einfachheit halber ist in den Zeichnungen nur eine solche Durchgangsverbindung 3 dargestellt.

Die beiden Auslaßteile 2 und 2' sind über Rohrleitungen 5 bzw. 5' mit ölgefäßen 6 bzw. 6' verbunden. Das Gefäß 6 wird (ebenso wie das Gefäß 6') von mehreren deformierbaren linsenförmigen Zellen 8 gebildet, die miteinander durch eine Sammelleitung 9 in Verbindung stehen, welche ihrerseits das Innere der Zellen mit der Rohrleitung 5 für das Kabelöl verbindet. Die Zellen 8 sind mit dem das Kabel speisenden Öl gefüllt und befinden sich innerhalb eines Hüllgefäßes 10. Der Hohlraum 11 zwischen den Zellen und dem Hüllgefäß 10 ist mit einer geeigneten Flüssigkeil gefüllt, die im allgemeinen, aber nicht notwendigerweise, ein öl ist und für die keine besonderen elektrischen Eigenschaften gefordert werden müssen. Die Flüssigkeitsmenge im Hüllgefäß kann durch Zuleiten oder Ableiten von Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 12 verändert werden, die von einem reversiblen Motor angetrieben wird.

Die Pumpe 12 kann demnach über die Rohrleitung 13 Flüssigkeit in das Hüllgefäß 10 hineinpumpen, wobei sie diese Flüssigkeit einem offenen Tank 14 entnimmt, oder Flüssigkeit aus dem Hüllgefäß 10 herauspumpen und in den Tank 14 zurückführen. Auf diese Weise ist es möglich, das Volumen der Zellen 8 zu verändern und dadurch einen ölfluß von diesen über das Kabel oder zurück zu bewirken, wobei der Durchsatz durch den ölkanal im Kabel genau kontrolliert werden kann, weil er gleich der Fördermenge der Pumpe 12 ist und somit dem Durchsatz durch die Rohrleitung 13 zwischen dem Tank 14 und dem Hüllgefäß 10 entspricht.

Insbesondere kann dieser Durchsat? gemessen werden, ohne daß im System irgendeine Einrichtung eingefügt werden muß, die in Berührung mit dem Kabelöl kommt. In der Pn xis braucht nur ein geeigneter Durchflußmesser 15 in die Rohrleitung 13 eingebaut zu werden.

Der Druck der Flüssigkeit, die mittels der Pumpe 12 in das Hüllgefäß 10 eingeführt wird, wird auf das öl im Gefäß 6 übertragen und wird in Abhängigkeit von der Kabellänge und vom Durchmesser des ölkanals im Kabel gewählt. Er muß jedenfalls so bemessen werden, daß er die Druckverluste während des Durchflußes des Öles von einem Ende2 zum anderen Ende 2' des Kabels ausgleicht.

Durch an den Rohrleitungen 5 und 5' angeordnete Wärmeaustauscher 16 und 16' kann das am Kabelende 2

eintretende und am Kabelende 2' austretende öl gekühlt werden.

Bei Betriebsbeginn aus dem Ruhrzustand findet die öldurchflutung wie folgt statt:

Die Pumpe 12 beginnt öl dem Hüllgefäß 10 zuzuführen, während die Pumpe 12' gleichzeitig Öl vom Hüllgefäß 10' abführt. Auf diese Weise wird ein Druckanstieg ρ in dem in den Zellen 8 des Gefäßes 6 enthaltenen öl erzeugt, und gleichzeitig ein Druckabfall ρ in dem in den Zellen 8' des Gefäßes 6' enthaltenen öl. Demnach ergibt sich am Ende 2 des Kabels 1 ein Druckanstieg p, wodurch ein ölfluß vom Ende 2 zum End^ 2' des Kabels bewirkt wird.

Nach einer geeigneten Zeitspanne (die vorher durch geeignete Einrichtungen in Abhängigkeit von dem Durchsatz oder von den wirksamen Drücken oder vom Flüssigkeitsniveau im Tank 14 bzw. 14' eingestellt wird) wird der Drehsinn der Pumpen 12, 12' umgekehrt und das öl fließt nunmehr von den Zellen 8' des ölgefäßes 6' über das Kabel in die Zellen 8 des ölgefäßes 6. Die Druckwerte sind nunmehr umgekehrt, d. h. der minimale Druck liegt am Kabelende 2 vor. Während beider Betriebsphase darf der minimale Druck nicht unter den Aimosphärendruck absinken, und es muß Vorsorge zur Sicherung dieser Bedingungen getroffen werden.

Der beschriebene Zyklus wird nunmehr wiederholt, wobei das Kabelöl stets vollständig vor. den die Ölförderung bewirkenden Teilen getrennt bleibt. Insbesondere kommt das Kabelöl nicht mit rotierenden Elementen oder Abdichtungseinrichtungen zwischen bewegten Teilen und festen Teilen in Berührung, so daß Verschmutzungen, Leckverluste oder ein Lufteintritt vermieden werden.

Die Durchsatzmenge an öl ist direkt proportional der Förderleistung der Pumpen, die beliebig eingeregelt werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit von dem über das Kabel fließenden elektrischen Strom. Sie wird indirekt durch Messungen der von den Pumpen zu den Tanks 14, 14' geförderten Flüssigkeit gemessen. Die Durchsatzmenge muß sehr hoch sein, wenn eine forcierte Kühlung des Kabelleiters angestrebt wird, während sie einen verhältnismäßig kleinen Wert haben kann, wenn es sich lediglich darum handelt, lokale Überhitzungen, beispielsweise an den Auslaßteilen 2, 2' oder an der Durchgangsverbindung 3. zu vermeiden.

Wenn die Tanks 14, 14' statt einer Flüssigkeit Gas enthalten, so können sie über geeignete Druckregler direkt mit den Hüllgefäßen 10, 10' verbunden werden. Das Gas wird dabei dem Hüllgefäß unter Druck zugeleitet und von diesem bei einem vorgegebenen Druck wieder abgeleitet, wobei in diesem Falle die Durchsatzmenge des Kabelöles von der Spiegeländerung der Flüssigkeit in jedem HüUgefäß abgeleitet werden kann. Diese Änderung entspricht der Volumenänderung der ölgefäße 6,6', da diese vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht sind.

Der Hauptvorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß keinerlei Schwierigkeiten bezüglich einer ölabdichtung zwischen beweglichen und festen Teilen sowie hinsichtlich einer Verunreinigung des Kabelöles bestehen, aber dennoch eine mittelbare Messung der Durchsatzmenge an öi möglich ist.

Probleme hinsichtlich der Abdichtung ergeben sich nur bezüglich der Flüssigkeit, welche das Hüllgefäß 10 füllt; diese Flüssigkeit muß aber nicht frei von Gasen oder Verunreinigungen sein.

Bei der in Fig.2 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist an einem Kabeleinde ein mit veränderlichem Druck betriebenes Speisegefäß 100 anstelle des vorstehend beschriebenen, aus deformierbaren Zellen bestehenden Gefäßes vorgesehen. Ein mit veränderlichem Druck betriebenes Speisegefäß wird bekanntlich djrch ein geschlossenes ölgefäß 100 gebildet, das im Inneren mehrere gasgefüllte, deformierbare Zellen 101 enthält.

Das Hauptmerkmal eines solchen Speisegefäßes

ίο besteht darin, daß sein Fassungsvermögen verändert werden kann, daß es also je nach dem wirksamen Öldruck ein innerhalb weiter Grenzen veränderliches Ölvolumen aufzunehmen vermag. Die Änderung des ölvolumens im Speisegefäß 100 wird, durch eine entsprechende gegensinnige Änderung des Volumens der Zellen 101 ausgeglichen, die mit Gas gefüllt sind und daher unter einem ihrem Volumen verkehrt proportionalen Innendruck stehen. Mit veränderlichem Druck arbeitende Speisegefäße werden gewöhnlich für ölgefüllte Kabel verwendet, weil sie einen Ausgleich der Volumensänderungen des Kabelöles infolge von Temperaturänderungen ermöglichen und dabei das Kabelöl stets frei von jeder Berührung mit dem Gas und unter einem geringen veränderlichen Druck halten, der höher als der Atmosphärendruck ist.

Der Druck im Speisegefäß 100 muß jedenfalls so groß sein, daß in jedem Punkt des Kabels einen hinreichend hoch über Atmosphärendruck liegenden Druck sicherstellt, und zwar auch unter den ungünstigsten Bedingungen, nämlich unter Bedachtnahme auf die Druckabfälle, die einerseits bei Temperaturänderungen und andererseits in der Pumpe 111 auftreten, wenn diese im Sinne des Ableitens von Flüssigkeit aus dem Speisegefäß 100 wirksam ist.

Bei Betriebsbeginn vom Ruhezustand aus wird dem Hüllgefäß 100 mittels der Pumpe 111 aus dem Tank 112 Flüssigkeit zugeführt, wodurch das dem Ölgefäß 113 enthaltene öl unter Druck gesetzt wird. Infolge dieses Druckanstiegs im ölgefäß 113 ergibt sich auch ein Druckanstieg am Ende 102 des Kabels, wodurch an dieser Stelle ein höherer Druck als am Kabelende 102' herrscht. Dadurch wird ein ölfluß vom Ende 102 über das Kabel zum Ende 102' bewirkt. Vom Kabelende 102' fließt dieses öl in das Speisegefäß 100, in dem infolge

der öleinströmung der Druck ansteigt, der aber das öl aufnehmen kann, weil sich infolge dieses Druckanstieges das Volumen der gasgefüllten Zellen 101 vermindert.

Nach einer entsprechenden Zeitspanne (die vom Durchsatz von öl durch den ölkanal des Kabels abhängt) wird der Drehsinn der Pumpe IiIl umgekehrt. Hierdurch wird Flüssigkeit aus dem Hüllgefäß 110 zum Tank 112 gefördert, wobei infolge der Flüssigkeitsentnahme aus dem Hüllgefäß 110 der Druck im ölgefäß 113 vermindert wird.

Die Verminderung des Drucks im ölgefäß 1 i3 fühn zu einer Verminderung des Öldruckes am Kabelende 102. Infolge dieser Arbeitsweise ist es möglich, atr Kabelende 102' einen Druck zu erhalten, der größer ah der Druck am Kabelende 102' ist, wodurch eir entsprechender Ölfluß vom Kabelende 102' zun Kabelende 102 bewirkt wird. Das am Kabelende 101 eintreffende öl fließt in das Ölgefäß 113. von dem & aufgenommen werden kann, weil infolge der Flüssig keitsentnahme aus dem Hüllgefäß 110 sich das Volumei

des ölgefäßes dank der Deformierbarkeit seiner Zellei vergrößern kana

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen eines ölgefüllten Starkstromkabels oder -kabelabschnittes, bei dem Kabelöl abwechselnd von einem geschlossenen ölgefäß an einem Ende des Kt bels bzw. Kabelabschnittes über das Kabel bzw. dei Kabelabschnitt in ein geschlossenes ölgefäß am anderen Ende desselben getrieben wird, wobei ölgefäße mit zumindest teilweise elastisch deformierbaren Wandungen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsten im Bereich der elastisch deformierbaren Wandung eines der ölgefäße an der Außenseite desselben eine Flüssigkeit vorgesehen wird und daß der ölfluß über das Kabel durch erzwungene Änderung des von der Flüssigkeit auf das ölgefäß ausgeübten Druckes und die hierdurch erzwungene Änderung des Volumens des ölgefäßes bewirkt wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der an beiden Enden des Kabels oder Kabelabschnittes je ein geschlossener Raum vorgesehen ist, der durch eine deformierbare Wand in zwei Teilräume unterteilt ist von denen der eine als ölgefäß dient, vollständig mit öl gefüllt ist und mit dem ölkanal bzw. Kabelabschnitt mittels Rohrleitungen in Verbindungen steht, während der andere Teilraum mit einem Arbeitsmittel gefüllt ist, wobei eine Einrichtung zur Änderung des Druckes des Arbeitsmittels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet daß wenigstens einer der anderen Teilräume in einem mindestens zum vollständigen Bedekken des ölgefäßes ausreichenden Ausmaß mit Flüssigkeit gefüllt und mit einer Einrichtung zum Anlegen von Druck an die Flüssigkeit verbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die mit Flüssigkeit gefüllten anderen Teilräume (z. B. 11,1Γ) über eine Pumpe (12 bzw. 12') und einen Durchflußmesser (15 bzw. 15') enthaltende Leitung (13 bzw. 13') mit einer Flüssigkeitsquelle (Tank 14 bzw. 14') verbunden sind.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die mit Flüssigkeit gefüllten anderen Teilräume über eine einen Durchflußmesser enthaltende Leitung mit einem Flüssigkeitstank verbunden sind, und daß zur Förderung von Flüssigkeit von dem Tank in den betreffenden anderen Teilraum eine Druckgasquelle vorgesehen ist.

5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die mit Flüssigkeit gefüllten anderen Teilräume über eine einen Druckregler enthaltende Leitung mit einer Druckgasquelle verbunden sind, und daß dem betreffenden anderen Teilraum eine Meßeinrichtung, ζ. B. eine Skala für Feststellung der Flüssigkeitshöhe in ihm zugeordnet ist.

b. Anlage nach einem Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das deformierbare ölgefäß (8) durch eine Vielzahl von linsenförmigen Zellen gebildet ist, die miteinander und mit der zum Kabel führenden Rohrleitung (5) in Verbindung stehen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der geschlossenen Räume (100) der andere Teilraum ein abgeschlossener, gasgefüllter Raum (101) ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-

net, daß der abgeschlossene, gasgefüllte Raum (101) durch eine Mehrzahl von gasgefüllten Zellen gebildet ist

9. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Rohrleitung (5 bzw. 5') zwischen dem ölgefäß (10 bzw. 10') und dem Kabel (1) eine Einrichtung (16 bzw. 16') zur Wärmeabfuhr vom öl vorgesehen ist.