DE2254982A1 - HIGH CURRENT CABLE WITH INTERNAL LIQUID COOLING - Google Patents
HIGH CURRENT CABLE WITH INTERNAL LIQUID COOLINGInfo
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Description
Hochstromkabel mit innerer Flüssigkeitskühlung Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Hochstromkabel mit Hohileitern, durch welche ein im Temperaturbereich zwischen 0 und 1000 C flüssiges Kühlmedium gepumpt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung die Dimensionierung solcher Kabel derart, daß ein kostenoptimaler Betrieb ermöglicht wird.High current cable with internal liquid cooling The subject of the present invention are high-current cables with hollow conductors, through which an im Temperature range between 0 and 1000 C liquid cooling medium is pumped. In particular The invention relates to the dimensioning of such cables so that a cost-optimal Operation is enabled.
Innen gekühlte Kabel wurden bereits mehrfach beschrieben.Internally cooled cables have already been described several times.
Für die Kühlung können z.B. Wasser, Öl-usw. verwendet werden.For cooling, e.g. water, oil, etc. be used.
Bei der Anwendung solcher Kabel sind normalerweise eine Reihe von Randbedingungen vorgegeben.When using such cables there are usually a number of Boundary conditions specified.
Zu den wichtigsten dieser Randbedingungen gehören die Übertragungsspannung, die maximal zu übertragende Leistung und der Abstand, in dem größere Hilfsanlagen zum Betrieb des Kabels aufgestellt werden müssen.The transmission voltage is one of the most important of these boundary conditions, the maximum power to be transmitted and the distance at which larger auxiliary systems must be set up to operate the cable.
Die größten Hilfsanlagen bei forciert gekühlten Kabeln sind Wärmetauscher, durch welche das Kühlmittel gepumpt und in denen beispielsweise mit Luft die im Kabel aufgenommene Verlustwärme wieder entnommen wird.The largest auxiliary systems in forced cooled cables are heat exchangers, through which the coolant is pumped and in which, for example, with air the im Cable absorbed heat loss is removed again.
Nachstehend werden die bei der Verwendung solcher Kabel gegebenen technischen Zusammenhänge aufgezeigt, um die für ein gegebenes Übèrtragungsproblem günstigste Lösung zu finden. Es ist z.B. erforderlich, zur Übertragung einer gegebenen Leistung über eine bestimmte Entfernung den wirksamen Strömungsquerschnitt, d.h. den hydraulischen Durchmesser und damit die übrigen Abmessungen des Kabels möglichst klein zu halten, um damit die Biegbarkeit des Kabels zu gewährleisten, das Transportgewicht gering zu halten und ggf. den Einsatz aufwendiger Fertigungsmaschinen zu vermeiden.The following are those given when using such cables technical connections are shown in order for a given transmission problem to find the cheapest solution. For example, it is necessary to transmit a given Power over a certain distance the effective flow area, i.e. the hydraulic diameter and thus the other dimensions of the cable if possible To keep the transport weight small in order to ensure the flexibility of the cable to keep it low and, if necessary, to avoid the use of complex production machines.
In der Festlegung der Dimensionen dieser Kabel liegt die zum Schutz begehrte rfindungsgemäße Lösung.The definition of the dimensions of these cables is for protection coveted solution according to the invention.
In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie ein solches Kabelsystem aufgebaut ist. 1, 2, 3 sind die drei Adern des Kabelsystems. 4 ist die Rückleitung für das Kühlmedium. 5, 6, 7 sind die das Kühlmedium fördernden Pumpen,und 8 ist der Wärmetauscher, an dem Luft 9 vorbeigeblasen wird. Der Kühlmittelfluß ist durch Pfeile angedeutet.In Fig. 1 is shown schematically how such a cable system is constructed. 1, 2, 3 are the three wires of the cable system. 4 is the return line for the cooling medium. 5, 6, 7 are the pumps conveying the cooling medium, and 8 is the heat exchanger, which air 9 is blown past. The coolant flow is through Arrows indicated.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine mögliche Ausführungsform eines solchen Kabels.Hierin stellt 1 das zur Kühlmittelführung dienende Rohr der, das auch ganz oder teilweise zur Stromführung dient, 2 ist ein erforderlichenfalls eingelegtes Leiterseil, 3 bedeutet das Kühlmittel, 4 die Isolierung, -5 den Außenmantel und 6 den Korrosionsschutz des Kabels.Fig. 2 shows a possible embodiment of such a cross-section Here 1 represents the coolant duct serving pipe the one that is also used in whole or in part to conduct electricity, 2 is a necessary one Inlaid conductor, 3 means the coolant, 4 the insulation, -5 the outer sheath and 6 the corrosion protection of the cable.
Im folgenden werden nun die-Beziehungen aufgezeigt, die erfindungsgemäß zur Festlegung der Dimensionen flussigkeitsgekühlter Hochstromkabel geführt haben.In the following, the relationships will now be shown, which according to the invention have led to the definition of the dimensions of liquid-cooled high-current cables.
Die maximal zulässige Verlustleistung ist diejenige, bei welcher die Kühlflüssigkeit bei maximaler Flußgeschwindigkeit des Kühlmittels vom Kabeleintritt bis zum Kabelaustritt um die maximal zulässige Temperaturdifferenz #T erwärmt wird. Die maximale Geschwindigkeit des Kühlmittels ist durch den bei einer vorgegebenen Kabellänge maximal zulässigen Kühlflüssigkeitsdruck an der Stelle, an welcher die Kühlflüssigkeit in das Kabel eintritt, gegeben. Die maximale au9 die Lange bezogene Verlustleistung der drei Adern des Kabels ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: 3# q= . (q .#p/#)1/2 . c . #T . d5/2 . L-3/2.The maximum permissible power loss is that at which the Cooling liquid at the maximum flow rate of the coolant from the cable inlet until the cable exits by the maximum permissible temperature difference #T. The maximum speed of the coolant is given by the at a Cable length maximum permissible coolant pressure at the point where the Coolant enters the cable, given. The maximum related to the length Power loss of the three wires of the cable is given by the following expression: 3 # q =. (q. # p / #) 1/2. c. #T. d5 / 2. L-3/2.
#8 In diesem Ausdruck bedeuten q die Dichte der Flüssigkeit, #p den maximal zulässigen Druckunterschied zwischen Austritts- und Eintrittsstelle, # den Rohrreibungskoefifizienten des Flüssigkeitskanals, c die spezifische Wärme der Kühlflüssigkeit, # T die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Austritts- und Eintrittsstelle, d den Durchmesser des Hohlraums einer Ader, d.h. den erwähnten hydraulischen Durchmesser, durch welchen die Kühlflüssigkeit strömt und L die Länge des Kabels vom Eintritt der Kühlflüssigkeit bis zum Austritt. # 8 In this expression q denotes the density of the liquid, #p denotes maximum permissible pressure difference between the outlet and inlet point, # den Pipe friction coefficient of the liquid channel, c the specific heat of the cooling liquid, # T is the maximum permissible temperature difference between the exit and entry point, d is the diameter of the cavity of a vein, i.e. the hydraulic diameter mentioned, through which the cooling liquid flows and L is the length of the cable from the inlet the coolant to the outlet.
Die von der Kühlflüssigkeit aufzunehmende, auf die Länge bezogene Wärme q ist gleich der Verlustwärme der drei Adern. Diese ist näherungsweise proportional der Joule'schen Wärme, d.h. es ist 1 q = α.(U/N)² .The length to be absorbed by the coolant Heat q is equal to the heat loss of the three wires. This is approximate proportional to the Joule heat, i.e. 1 q = α. (U / N) ².
# . F In diesem Ausdruck bedeuten U die Nennspannung, N die Übertragungsleistung des Systems, α einen Faktor größer als 1, durch den zusätzliche Verluste, wie dielektrische usw., berücksichtigt werden, # die elektrische Leitfähigkeit und F den Leiterquerschnitt einer Ader. Durch Kombination der beiden Ausdrücke ergibt sich d 8 . α² . # = ( )1/5 . U-4/5 L3/5 N4/5 3#² . F² . # . c² .#² .#T² .#p Da alle Größen auf der rechten Seite - wenn einmal ein bestimmtes Kühlmedium gewählt ist - näherungsweise festliegen, kann aus der letzten Gleichung für einen gegebenen Kühlstationenabstand L und eine gegebene Übertragungsleistung N der minimale Wert für den hydraulischen Durchmesser d ermittelt werden. #. F In this expression, U denotes the nominal voltage, N the transmission power of the system, α a factor greater than 1, by which additional losses, such as dielectric etc., # the electrical conductivity and F is the cross-section of a wire. Combining the two expressions gives d 8. α². # = () 1/5. U-4/5 L3 / 5 N4 / 5 3 #². F². #. c². # ². # T². # p Since all sizes are on the right - once a specific cooling medium has been chosen is - approximately fixed, can be given from the last equation for a Cooling station distance L and a given transmission power N is the minimum value for the hydraulic diameter d can be determined.
Für die Größen in obiger Gleichung werden folgende Grenzen angenommen,
die sich für die Kühlmedien Wasser und öl teilweise unterscheiden:
0,024 - 0,122 m für das Kühlmedium 01. 0.024 - 0.122 m for the cooling medium 01.
Insbesondere ergibt sich beispielsweise bei Wahl des Faktors α zu 1,2, des Leiterquerschnittes zu 3 . 10-3 m² . 3000 mm² , der Leitfähigkeit des Leitermaterials zu # = 2,9 . 1010 A/kV . m (entsprechend Aluminium bei einer Temperatur von 600 C),der Temperaturdifferenz # T zu 40 K und der Druckdifferenz zu 15 . 105 kg/m für das Kühlmedium Wasser ein minimaler Durchmesser von d - 0,038 m bzw.In particular, if the factor α is selected, for example to 1.2, the conductor cross-section to 3. 10-3 m². 3000 mm², the conductivity of the Conductor material to # = 2.9. 1010 A / kV. m (corresponding to aluminum at a temperature of 600 C), the temperature difference # T to 40 K and the pressure difference to 15. 105 kg / m for the cooling medium water a minimum diameter of d - 0.038 m or
iür das Kühlmedium Öl ein minimaler Durchmesser von d - 0,054 m.For the cooling medium oil, a minimum diameter of d - 0.054 m.
Patontansprüche:Patont claims:
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722254982 DE2254982A1 (en) | 1972-11-10 | 1972-11-10 | HIGH CURRENT CABLE WITH INTERNAL LIQUID COOLING |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19722254982 DE2254982A1 (en) | 1972-11-10 | 1972-11-10 | HIGH CURRENT CABLE WITH INTERNAL LIQUID COOLING |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2254982A1 true DE2254982A1 (en) | 1974-05-22 |
Family
ID=5861310
Family Applications (1)
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DE19722254982 Pending DE2254982A1 (en) | 1972-11-10 | 1972-11-10 | HIGH CURRENT CABLE WITH INTERNAL LIQUID COOLING |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2254982A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4479029A (en) * | 1982-09-07 | 1984-10-23 | Toliyattinsky Politekhnichesky Institut | Bipolar flexible water-cooled cable |
CN107039117A (en) * | 2017-05-27 | 2017-08-11 | 特变电工(德阳)电缆股份有限公司 | New-energy automobile flexible cable |
WO2023111355A1 (en) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | Hydro Extruded Solutions As | A high-voltage cable and a method of manufacture of the cable |
-
1972
- 1972-11-10 DE DE19722254982 patent/DE2254982A1/en active Pending
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