DE19847123C2

DE19847123C2 - Power cable laid underground

Info

Publication number: DE19847123C2
Application number: DE1998147123
Authority: DE
Inventors: Heinrich Brakelmann
Original assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: DE19847123A1

Description

Die Erfindung betrifft ein in einem Erdgraben oder Tunnel verlegtes ein- oder mehradriges Energiekabel oder Einleiterkabelsystem.The invention relates to a single or multi-core laid in a trench or tunnel Power cable or single-core cable system.

Drehstrom-Einleiterkabelsysteme werden in der Regel gebündelt in einem engen Graben oder in Tunneln verlegt. Diese Verlegeart hat Vorteile bezüglich der geringen Grabenbreite wie auch bezüglich der geringeren Magnetfelder, die in der Kabelumgebung hervorgerufen wer den. Nachteilig ist allerdings die schlechte Wärmeabfuhr aufgrund des großen äußeren Wär mewiderstandes. Besonders rohrverlegte Kabel (Gasaußendruckkabel, Gasinnendruckkabel, Oilostatic-Kabel) sind sowohl durch die Einschränkung ihres Leiterquerschnitts durch die Zusatzverluste im Metallrohr wie auch durch die schlechte Wärmeabfuhr im Boden in ihrer Belastbarkeit stark eingeschränkt.Three-phase single-core cable systems are usually bundled in a narrow trench or laid in tunnels. This type of installation has advantages in terms of the narrow trench width such as also with regard to the lower magnetic fields that are caused in the cable environment the. A disadvantage is the poor heat dissipation due to the large external heat resistance. Especially pipe-laid cables (external gas pressure cables, internal gas pressure cables, Oilostatic cables) are both due to the restriction of their conductor cross section through the Additional losses in the metal pipe as well as due to the poor heat dissipation in the floor in your Resilience severely restricted.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die die Belastbarkeit von erdverlegten Energiekabeln erhöhen.It is an object of the invention to provide measures that the resilience of buried Increase power cables.

Es wird daher vorgeschlagen, in Kabeltrassen oberhalb oder unterhalb eines Energiekabels ein dünnes Schichtenelement auszulegen, das als wesentliches Konstruktionsmerkmal eine Metallfolie aufweist. Vorzugsweise ist dessen Breite größer ist als die horizontale Erstreckung des Kabelsystems im Graben. Im einfachsten Fall ist das Schichtenelement eine breite Metall folie, die aus Korrosionsschutzgründen beidseitig (z. B. mit Kunststoff) beschichtet sein kann. Das erfindungsgemäße Schichtenelement ist auch für in Tunneln verlegte Kabel von Vorteil, wenn das Schichtenelement guten wärmeleitenden Kontakt mit dem Kabel hat.It is therefore proposed in cable trays above or below an energy cable to design a thin layer element, which is an essential design feature Has metal foil. Its width is preferably greater than the horizontal extent of the cable system in the trench. In the simplest case, the layer element is a wide metal foil that can be coated on both sides (e.g. with plastic) for corrosion protection reasons. The layer element according to the invention is also advantageous for cables laid in tunnels, if the layer element has good heat-conducting contact with the cable.

Für die Metallfolie kommen beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder auch Ferromagnetika (z. B. Stahl) infrage. Die in diesem Beispiel wesentliche Funktion ist die der Wärmeabfuhr, daher soll auch im folgenden von Wärmeableitschicht gesprochen werden. So kann mit einer im wesentlichen horizontal ausgelegten 1 mm dicken Kupferfolie oder einer 2 mm dicken Alu miniumfolie bei Folienbreiten von 1,0 bis 1,5 m der Wärmewiderstand zwischen Kabel und Erdoberfläche um z. B. 50% gesenkt werden, was - je nach Kabelaufbau - eine Belastbar keitssteigerung z. B. um 20% bedeuten kann. Besonders für rohrverlegte Kabel ist die beschriebene Maßnahme sehr wirkungsvoll. Die Wärmeableitschicht sollte möglichst nahe am Energiekabel liegen, weil damit der erzielbare Effekt am größten ist.For the metal foil, for example, copper or aluminum or ferromagnetics are used (e.g. steel). The essential function in this example is that of heat dissipation, therefore in the following we shall speak of heat dissipation layer. So with one essentially horizontally laid out 1 mm thick copper foil or a 2 mm thick aluminum with foil widths from 1.0 to 1.5 m the thermal resistance between cable and Earth's surface around z. B. can be reduced 50%, which - depending on the cable structure - a resilient Increase in z. B. can mean by 20%. This is especially for pipe-laid cables measure described very effective. The heat dissipation layer should be as close as possible to the Power cables lie because this is the greatest effect that can be achieved.

Die stromführenden Leiter eines nicht im Stahlrohr verlegten Energiekabels erzeugen Magnet felder, die oberhalb der Kabeltrasse durchaus die inzwischen durch den Gesetzgeber vorgeschriebene Grenze von 100 mT überschreiten können, und zwar insbesondere bei der Ein ebenenanordnung, wie noch zu Fig. 3 beschrieben. In diesem Fall erlaubt der Einsatz einer Wärmeableitschicht mit durchgehender Metallfolie eine spürbare Senkung des Magnetfeldes an der Erdoberfläche, z. B. auf ein Zehntel der ursprünglichen Größe. Diese durch die in der Folie induzierten Längsströme (die Kompensationsströme zu den Kabel-Leiterströmen bilden) bewirkte Magnetfeldreduktion ist nicht nur dann gegeben, wenn sich die Folie oberhalb, son dern auch, wenn sie sich unterhalb des Kabelsystems befindet.The current-carrying conductors of an energy cable not laid in the steel pipe generate magnetic fields which above the cable route can well exceed the limit of 100 mT, which is now prescribed by law, particularly in the case of a single-level arrangement, as described in connection with FIG. 3. In this case, the use of a heat dissipation layer with a continuous metal foil allows a noticeable reduction in the magnetic field on the earth's surface, e.g. B. to a tenth of the original size. This magnetic field reduction caused by the longitudinal currents induced in the film (which form compensation currents to the cable conductor currents) is not only given when the film is above, but also when it is below the cable system.

Kompromisse zwischen Schirmwirkung und Zusatzverlusten der Metallfolie bei gleichzeitiger Aufwandsminimierung können durch geeignete Wahl der Foliendicke gefunden werden.Compromises between shielding effect and additional losses of the metal foil at the same time Effort minimization can be found by a suitable choice of the film thickness.

Sind allerdings bei dieser Verlegeart die Kabelmäntel oder -schirme kurzgeschlossen, so herr schen andere Verhältnisse: in diesem Fall treten von vornherein Mantel- bzw. Schirm-Längs ströme mit hohen Zusatzverlusten in den Kabeladern auf. Die geschlossene Metallfolie kann nun bei geeigneter Dimensionierung die Funktion von Zusatzleitern übernehmen, wie sie in der DE-OS 25 27 126 vorgeschlagen werden. Diese Zusatzleiter sind den Metallmänteln bzw. -schirmen parallelzuschalten und im Kabelgraben geeignet zu positionieren, wodurch insge samt die Systemverluste minimiert werden können. Dasselbe Ergebnis kann man erreichen, wenn ein oder mehrere mit elektrischem Leiter verbundene Metalllamellen verwendet würden.However, if the cable sheaths or shields are short-circuited with this type of installation, then mister other conditions: in this case, the length of the jacket or screen occurs from the start currents with high additional losses in the cable cores. The closed metal foil can now with the appropriate dimensioning take over the function of additional conductors, as in the DE-OS 25 27 126 can be proposed. These additional conductors are the metal sheaths or - Connect shields in parallel and position them appropriately in the cable trench system losses can be minimized. The same result can be achieved if one or more metal fins connected to an electrical conductor were used.

Im vorliegenden Fall einer breiten, durchgehenden Metallfolie, die an den Kabelenden mit den Metallmänteln bzw. -schirmen parallelgeschaltet werden, stellen sich diese verlustminimieren den Längsströme in der Metallfolie ein, so daß die Anwesenheit der Metallfolie bei geeigneter Bemessung die Gesamtverluste des Systems verringert bei gleichzeitig erheblich verbesserter Wärmeabfuhr.In the present case, a wide, continuous metal foil that is attached to the cable ends Metal sheaths or screens are connected in parallel, they minimize loss the longitudinal currents in the metal foil, so that the presence of the metal foil at a suitable The overall system loss is reduced while at the same time significantly improved Heat dissipation.

Auch ohne den Effekt einer magnetischen Kompensationswirkung kann die Wärmeableit schicht eine erhebliche Reduzierung des Magnetfeldes eines Einleiter-Drehstromkabels ermöglichen. Sie erlaubt es nämlich, Einleiterkabel, die unter dem Aspekt der geforderten Belastbarkeit mit großem Achsabstand in einer Ebene zu verlegen wären und damit große Magnetfelder hervorrufen würden, gebündelt zu verlegen (siehe unten zu Fig. 2), ohne daß eine Belastbarkeitsreduktion auftritt. Die erzielbaren Magnetfeldreduktionen sind groß.Even without the effect of a magnetic compensation effect, the heat dissipation layer can enable a significant reduction in the magnetic field of a single-conductor three-phase cable. It allows single-core cables, which would have to be laid in a plane with a large axial spacing under the aspect of the required load capacity and would thus generate large magnetic fields, to be bundled (see below for Fig. 2) without a load capacity reduction occurring. The magnetic field reductions that can be achieved are large.

Eine entsprechende Maßnahme zur Verringerung der Magnetfeldstärke an der Erdoberfläche ist die Verlegung des Kabels in größerer Tiefe, was normalerweise eine Belastbarkeitsreduktion bewirkt. Mit Hilfe einer Wärmeableitschicht kann eine Verlegung in größerer Tiefe auch ohne Belastbarkeitsverlust realisiert werden.A corresponding measure to reduce the magnetic field strength on the earth's surface is the laying of the cable at a greater depth, which is usually a reduction in resilience causes. With the help of a heat dissipation layer, laying in greater depth can also be done can be realized without loss of resilience.

Besonders bei in ländlichen Gegenden verlegten Kabeln wurde festgestellt, daß Blitze durch aus in der Lage sind, bis in Kabeltiefe in den Erdboden einzudringen und Schädigungen des Kabels hervorzurufen.Particularly in the case of cables laid in rural areas, it was found that lightning strikes through are able to penetrate into the ground down to cable depth and damage the Cable.

Wird die Wärmeableitschicht oberhalb des Kabels verlegt, so wirkt sie im Fall der durchgehen den Metallfolie als Blitzschutz. Im Falle der Verlegung der Ableitschicht unter dem Kabel besteht die Möglichkeit, mindestens einen Rand der Ableitschicht an den Seiten nach oben zu ziehen, so daß auch dann noch ein Blitzfänger-Effekt entsteht. Eine oberhalb des Kabels lie gende Ableitschicht hat auch den Vorteil, daß sie als Warnobjekt für verlegte Kabel dienen kann. Die Verlegung, bei der mindestens ein Randstreifen des Schichtenelements vertikal nach unten oder nach oben umgelegt ist, hat auch Vorteile, die der Erhöhung der Wärmeablei tung dient.If the heat dissipation layer is laid above the cable, it works in the event of a runaway the metal foil as lightning protection. In case of laying the discharge layer under the cable there is the possibility of closing at least one edge of the discharge layer on the sides pull so that there is still a lightning effect. One above the cable The dissipative layer also has the advantage that it serves as a warning object for laid cables can. The laying in which at least one edge strip of the layer element is vertical folded down or up also has advantages of increasing heat dissipation tion serves.

Das angesprochene Blitzschutzprinzip funktioniert jedoch auch für eine lamellierte Metallfolie, welche als besondere Ausführungsform beansprucht wird. Zwar kann der Blitzstrom jetzt nicht mehr in Längsrichtung abgeführt werden. Er findet jedoch einen widerstandsarmen Pfad zu den Rändern des Kabelgrabens, wodurch bei Wiedereintritt in den Erdboden sich sein Abstand zum Kabel wieder spürbar vergrößert hat. Als ergänzende Maßnahme kann in einem geringen Abstand (der vom Blitz leicht durchschlagen wird) vom Rand der Wärmeableitschicht ein Erdseil verlegt werden, das den Blitzstrom zu den Enden der Kabelanlage führt.The mentioned lightning protection principle also works for a laminated metal foil, which is claimed as a special embodiment. The lightning current cannot now more to be discharged in the longitudinal direction. However, he finds a path with little resistance the edges of the cable trench, which will result in re-entry into the ground Distance to the cable has increased noticeably again. As a complementary measure, in one small distance (which is easily struck by lightning) from the edge of the heat dissipation layer an earth rope is laid that leads the lightning current to the ends of the cable system.

Die Lamellen oder Streifen einer Wärmeableitschicht, die quer zur Kabelachse liegen, können auch untereinander metallisch oder nichtmetallisch verbunden sein. Eine metallische Verbin dung, beispielsweise durch einen oder zwei Kupferleiter, kann ohne Auftreten von Längsströ men an beiden Enden der Anlage geerdet werden, wenn der Ort der Kupferleiter so gewählt wird, daß sie zur Kompensation des Magnetfelds beitragen. Die Lage ist dort gegeben, wo sich die induzierten Längsströme mit entgegengesetzter Phasenlage kompensieren.The fins or strips of a heat dissipation layer, which lie transversely to the cable axis, can also be connected to one another in a metallic or non-metallic manner. A metallic connection dung, for example by one or two copper conductors, can occur without longitudinal currents can be earthed at both ends of the system if the location of the copper conductors is chosen will contribute to the compensation of the magnetic field. The situation is where it is compensate the induced longitudinal currents with opposite phase positions.

Die Wärmeableitschicht kann auch vorteilhaft eingesetzt werden, wenn dem Energiekabel oder dem Einleiterkabelsystem ein Kühlsystem zugeordnet ist. Es wird daher noch vorge schlagen, einem oder jedem parallel geführtem, kühlmittelführendem Rohr (Lateralkühlung) eine Wärmeleitschicht beizugeben, die in engem in Kontakt mit dem Kühlmittelrohr und dem Kabel steht. Dadurch läßt sich die Wärmeüberführung vom Kabel zum Kühlmittelrohr verbes sern.The heat dissipation layer can also be used advantageously when the power cable or a cooling system is assigned to the single-core cable system. It is therefore still featured beat, one or each parallel, coolant-carrying pipe (lateral cooling) to add a heat conducting layer which is in close contact with the coolant pipe and the Cable stands. This enables the heat transfer from the cable to the coolant pipe to be improved ser.

Die vorgeschlagene Wärmeableitschicht bietet vielfältige Vorteile und Möglichkeiten:
The proposed heat dissipation layer offers many advantages and possibilities:

- increase in resilience,
- Thermal relief of "hot spots" in the route (cable crossings, street subque stanchions),
- Reduction of cable losses for cables with double-sided sheath / shield earthing,
Magnetic field reduction due to the longitudinal currents induced in the metal foil,
- Magnetic field reduction through the possibility of laying in a triangle or larger Depth or in steel pipe with no loss of resilience as well
- Lightning protection when laying above the cable.

Ausführungsformen und -möglichkeiten werden in den Figuren beschrieben; sie zeigen im Ein zelnen:Embodiments and possibilities are described in the figures; they show in one individual:

Fig. 1: ein Gasaußendruckkabel mit Wärmeableitschicht, Fig. 1: an external gas pressure cable with heat dissipating layer,

Fig. 2: ein gebündelt verlegtes Einleiterkabel mit thermischer Ableitschicht (Metallfolie lamelliert) und Fig. 2: a bundled single-core cable with thermal dissipation layer (laminated metal foil) and

Fig. 3: ein flach verlegtes Einleiterkabel mit thermischer Ableitschicht (Metallfolie lamelliert). Fig. 3: a flat laid single-core cable with thermal dissipation layer (laminated metal foil).

Fig. 1 zeigt in einem Kabelgraben 16 ein Gasaußendruckkabel 10, unter dem sich ein Schich tenelement 20 befindet. Mit Bezugszeichen 18 ist die Erdoberfläche angedeutet. Das Schich tenelement hat nahezu dieselbe Breite wie der Kabelgraben. Fig. 1 shows in a cable trench 16, a gas external pressure cable 10 , under which a layer tenelement 20 is located. The earth's surface is indicated by reference numeral 18 . The layer element has almost the same width as the cable trench.

Die Fig. 2 zeigt (in drei Ansichten) das Beispiel eines gebündelt verlegten Einleiter-Kabelsy stems 11. Eine gebündelte Verlegung hat Vorteile bezüglich der geringen Grabenbreite wie auch bezüglich der geringeren Magnetfelder, die in der Kabelumgebung hervorgerufen wer den. Nachteilig ist wieder die schlechte Wärmeabfuhr aufgrund des großen äußeren Wärme widerstandes. Fig. 2 shows (in three views) the example of a bundled single-core Kabelsy stems 11th A bundled installation has advantages in terms of the small trench width as well as in terms of the lower magnetic fields that are caused in the cable environment. Another disadvantage is the poor heat dissipation due to the large external heat resistance.

Wird die thermische Ableitschicht wieder als geschlossene Metallfolie ausgeführt, so entste hen jetzt (da gegenüber dem Gasaußendruckkabel das magnetisch schirmende Rohr fehlt) in der Folie von den Kabel-Leiterströmen induzierte Längsströme und hierdurch wiederum Zusatzverluste, die allerdings verhältnismäßig gering bleiben (typischerweise 10% der Kabel verluste). Dennoch kann die thermische Ableitschicht auch in diesem Fall zu einer spürbaren Belastbarkeitssteigerung beitragen. If the thermal dissipation layer is again implemented as a closed metal foil, the result is hen now (since the magnetically shielding pipe is missing compared to the external gas pressure cable) longitudinal currents induced by the cable conductor currents and thereby in turn Additional losses that remain relatively low (typically 10% of the cables losses). Nevertheless, the thermal dissipation layer can also become noticeable in this case Contribute to increased resilience.

Sollen die Längsströme bzw. die Zusatzverluste in der Metallfolie unterdrückt werden, so emp fiehlt sich eine lamellierte Ausführung eines Schichtenelements 21. Statt einer durchgehenden Metallfolie werden einzelne Metallstege 22 mit Haltegurten 30 verbunden, so daß eine Latten rost-ähnliche Konstruktion entsteht, die günstigerweise in größeren Längen aufgewickelt und im Kabelgraben ausgerollt werden kann. Werden die Spalte zwischen den einzelnen Metall lamellen 22 klein gehalten, so bleibt der thermische Ableiteffekt weitestgehend erhalten, wäh rend die Zusatzverluste nicht länger stören.Should the longitudinal currents and the additional losses are suppressed in the metal foil, so emp a laminated embodiment mends a layered element 21st Instead of a continuous metal foil, individual metal webs 22 are connected to holding straps 30 , so that a slat rust-like construction is created, which can advantageously be wound up in greater lengths and rolled out in the cable trench. If the gaps between the individual metal fins 22 are kept small, the thermal dissipation effect is largely retained, while the additional losses no longer interfere.

Fig. 3 zeigt (ebenfalls in drei Ansichten) ein lamelliertes Schichtenelement 21 als thermische Ableitschicht, die sich oberhalb eines flachverlegten Einleiterkabelsystems 12 befindet. Hier ist aufgrund des großen Achsabstandes der Kabeladern die Frage der Zusatzverluste weitaus bedeutsamer als im vorgenannten Fall der gebündelten Verlegung: bei unterdrückten Mantel- oder Schirm-Längsströmen können die Zusatzverluste hier ggfs. genauso groß werden wie die ursprünglichen Kabelverluste. Soll dies vermieden werden, so kann wieder der lamellierte Auf bau der thermischen Ableitschicht gewählt werden. FIG. 3 shows (also in three views) a laminated layer element 21 as a thermal dissipation layer, which is located above a flat-laid single-conductor cable system 12 . Due to the large center distance of the cable cores, the question of additional losses is far more important than in the aforementioned case of bundled installation: with suppressed sheath or shield longitudinal currents, the additional losses can be as great as the original cable losses. If this is to be avoided, the laminated construction of the thermal dissipation layer can be selected again.

Claims

1. In a trench ( 16 ) or tunnel laid single or multi-core energy cable ( 10 , 11 , 12 ) or single-conductor cable system, characterized in that above and / or below the energy cable ( 10 , 11 , 12 ) a metallic layer element ( 20 , 21 ) is designed.

2. Power cable or single-core cable system according to claim 1, characterized in that the layer element ( 20 , 21 ) is designed as a metal foil.

3. Power cable or single-core cable system according to claim 1, characterized in that the layer element ( 21 ) consists of strips ( 22 ) which lie transversely to the cable axis.

4. Power cable or single-conductor cable system according to claim 3, characterized in that the strips ( 22 ) are connected to tethers ( 30 ).

5. Power cable or single-conductor cable system according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the layer element ( 20 , 21 ) is greater than the horizontal transverse extent of the cable or the cable system in the trench ( 16 ).

6. Power cable or single-conductor cable system according to one of the preceding claims, characterized in that the layer element ( 20 , 21 ) is laid substantially horizontally and a strip is folded vertically on at least one edge.

7. Power cable or single-core cable system according to one of the preceding claims, characterized in that the layer element ( 20 , 21 ) is coated on both sides in a corrosion-resistant manner.

8. Power cable or single-core cable system according to claim 7, characterized in that the coating is made of plastic.

9. Power cable or single-conductor cable system according to one of the preceding claims, characterized in that copper, aluminum or ferromagnetics is used as the material of the layer element ( 20 , 21 ).

10. Power cable or single-conductor cable system according to one of the preceding claims, characterized in that the layer element ( 20 ) metal sheaths or the shields of the cables ( 10 , 11 , 12 ) is electrically connected in parallel.

11. Energy cable or single-conductor cable system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy cable ( 10 , 11 , 12 ) or the single-conductor cable system parallel coolant-carrying pipes are in contact with the metal layer element ( 20 ).