DE2257720B2 - Wassergekuehlte kabelanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung beitrifft eine wassergekühlte Kabelanlage mit im Kreislauf geführtem Wasser zur Kühlung des Stromleiters, wobei die Rückkühlung des Wassers in einem auf Erdpotential befindlichen Wärmetauscher erfolgt und zwischen Hochspannungs- und Erdpotential eine Wasser-Isolierstrecke angeordnet ist

Bei einer derartigen bekannten Anlage weisen die Stromleiter der Ktinststoffkabel im Innern zu ihrer Kühlung von Wasser durchströmte Längskanäle auf. Diese Kabel sind jedoch bisher nur eingesetzt worden im Bereich bis 25 kV und für relativ kleine kühlbare Kabellängen. Bei dieser Spannung kann das Wasser von dem Potential des Hochspannung führenden Leiters noch auf Erdpotential herabgesetzt werden durch nicht

ali-zu groß zu bemessene Isolierrohre.

Bei Kabelanlagen für große Leistungen, bei denen höhere Spannungen, z. B. 110 kV, 220 kV oder 380 kV zur Anwendung gelangen, stößt die Überbrückung der Potentialdifferenzen zur Erde bald auf beträchtliche Schwierigkeiten, weil hier entsprechend groß zu bemessene Isolierrohre erforderlich wären. Ferner kouimt hinzu, daß die für einen sicheren Betrieb notwendige Kühlung bei solchen Hochleistungsverbindungen beachtliche Wassermengen erfordert, wofür Längskanäle mit entsprechend großem Querschnitt vorzusehen sind. Eine beliebige Vergrößerung dieser im Leiterinnern befindlichen Längskanäle ist jedoch insbesondere aus mechanischen Festigkeits- und Flexibilitätsgründen nicht bzw. nur begrenzt möglich.

Bei Hochleistungsverbindungen müssen zu ihrer wirksamen Kühlung durch diese Längskanäle große Wassermengen umgepumpt werden, wobei erhebliche Verunreinigungen in das Wasser gelangen, die seine Leitfähigkeit nachteilhaft und nachhaltig vergrößern. Die damit verbundene Abnahme des Wasserwiderstandes bereitet Schwierigkeiten durch Ableitströme, z. B. an den Zu- und Ableitungen, insbesondere bei höheren Wassertemperaturen.

Dei Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kabelanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die jedoch die beim Betrieb auftretenden Schwierigkeiten der bekannten Ausführung nicht aufweist, die darüber hinaus einfach und raumsparend aufgebaut ist und eine wirksame Kühlung, insbesondere bei größeren Kabellängen und hohen Betriebsspannungen aufweist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Wasser zur Kühlung des als Hohlleiter ausgebildeten Stromleiters nach dem Austritt aus dem Hohlleiter zwischengekühlt wird. In vorteilhafter Weise sind zur Zwischenkühlung des Wassers ein Vorkühler und/oder eine Wasser-Isolierstrecke vorgesehen. Durch diese Zwischenkühlung kann das nach Durchlauf durch den Hohlleiter aufgeheizte Kühlwasser insbesondere am Kabelende vom hohen Potential auf Erdpotential zum Zwecke der Rückkühlung gebracht werden, wobei das Entstehen hoher Ableitströme infolge überhöhter Temperatur des Kühlwassers vermieden und auch die von noch entstehenden Ableitströmen erzeugte Wärme weitgehend abgeführt, wird.

Die einfachste Kühlung ist durch Luft mit Hilfe eines Gebläses möglich. Da die Kühlung mit Luft besonders bei höherbelasteten Kabeln im allgemeinen nicht ausreichend ist, ist gemäß der Erfindung die Wasser-Isolierstrecke in einem ölgefüllten Isoliergefäß untergebracht, das für hohe Spannungen spannungsgesteuert sein kann und dessen öl in einem besonderen Kreislauf gekühlt ist. In einer Weiterbildung der Erfindung wird das aufgeheizte Kühlwasser erst einer Vorkühlung unterworfen, bevor es in die Wasser-Isolierstrecke eintritt. Zur vollständigen Rückkühlung durchläuft das Kühlwasser dann den eigentlichen Wärmetauscher und kehrt in den Kühlkreislauf zurück.

Der Kühlkreislauf der Kabelanlage kann in bekannter Weise gestaltet werden. Bei zwei parallel verlegten Systemen mit insgesamt 6 Eiinleiterkabeln können jeweils gleich viel Kabel getrennt oder gemeinsam für den Hinlauf und für den Rücklauf dienen, zweckmäßig wird ein Reserverohr, entsprechend 1 Kabel, vorgesehen. Bei nur einem System können 2 Kabel für den Hinlauf und 1 Kabel für den Rücklauf, oder letzteres zusätzlich mit 1 Reserverohr für Rücklauf dienen. Oder es dienen 3 Kabel für den Hinlauf und ein dickeres Rohr

für den gemeinsamen Rücklauf. Bei günstigen Verlegebedingungen kann das aufgeheizte Wasser im Rücklaufrohr einen Großteil seiner Wärme an das Erdreich abgeben. In Sonderfällen kann ein Kabel für Hin- und Rücklauf gleichzeitig dienen, wenn im Leiter eine Scheidewand eingebaut ist.

Durch die Vorkühlung wird eire beträchtliche Senkung der Leitfähigkeit erreicht. Eine Temperaturabsenkung um 10... 20⁰C bewirkt eine Leitfähigkeitsverminderung um etwa 30... 50%.

Für diese Temperaturabsenkung ist je nach der Austrittstemperatur des Kühlwassers aus dem Kabel und der sekundlichen Durchflußmenge eine Vorkühlaniage kleinerer oder größerer Leistung erforderlich und die Isolierstrecke kann danach kurz und gerade sein oder sie muß lang und daher zweckmäßig wendelförmig sein. Bei kleineren Temperaturunterschieden an der Isolierstrecke zwischen oben und unten sind eine zusätzliche Kühlung und eine Spannungssteuerung des Isolierkörpers im allgemeinen nicht erforderlich. Bei längeren IsoJierstrecken durch Wendelung kann eine Kühlung des Öles im Isolierkörper angebracht sein, um den Ableitstrom weiter zu verringern oder zum mindesten klein zu halten und die durch unterschiedliche Leitfähigkeit oben und unten bedingte unterschiedliche Spannungsverteilung längs der Isolierstrecke gleichmäßiger zu gestalten. Letzteres kann durch eine Spannungssteuerung mit ringförmigen Kondensatoreinlagen unterstützt werden.

In der nachfolgenden Beschreibung sind anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele näher erläuten. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine einphasige schematisch dargestellte Kabelanlage,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine weitere Kühlanordnung,

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kühlanordnung.

In der F i g. 1 ist links das Ende eines Kabels dargestellt, dessen Stromleiter durch strömendes Wasser gekühlt wird. In einem dafür als Hohlleiter 1 ausgebildeten Stromleiter, der von einer Hochspannungsisolierung 2 und einem Kabelmantel 3 umgeben ist, fließt Wasser 4 in Richtung zu einem Endverschluß 5.

Das aus dem Endverschluß 5 mit einer Temperatur von z. B. 60—70° C austretende Wasser 4 gelangt durch ein als Vorkühler ausgebildetes metallisches Verbindungsrohr 6, auf das Kühlrippen 7 aufgesetzt sind und das von einem perforierten Sprühschutzschirm 8 umgeben ist, zu einer Wasser-Isolierstrecke 9. Im Vorkühler 6 kann je nach seiner Gestaltung, den Umgebungsbedingungen und der DurchfluSgeschwindigkeit eine Temperatursenkung um etwa 10—20°C oder auch mehr stattfinden. Sie kann bei zeitweisen Übertragungsspitzen noch vergrößert werden durch Beblasung und/oder Begrenzung des Vorkühlers.

Die Wasser-Isolierstrecke 9 befindet sich nach F i g. 1 zur Verlängerung des Isolierweges in einem wendelförmig gebogenen Isolierrohr, es kann aber auch ein gerades Isolierrohr sein. Das Isolierrohr ist eingebaut in einen Isolierkörper 10, bei Freiluftausführung, beispielsweise einem Porzellankörper, der mit öl 11 gefüllt ist, das in einen eigenen Kreislauf umgepumpt und in einem Wärmetauscher 12 gekühlt und anschließend durch ein Isolierrohr 13 wieder oben im Isolierkörper 10 eingeführt wird.

Zur Spannungssteuerung längs des Isolierkörpers 10 sind ringförmige Kondensatoreinlagen 14 eingebaut, die durch nicht gezeichnete Stützen gehalten werden.
Nach Durchlaufen der Wasser-Isolierstrecke 9 gelangt das Wasser 4 in eine Hauptkühleinrichtung 15 und dann zurück in den Kreislauf, bspw. zum miteinbezogenen Nachbarkabel.

In F i g. 2 ist eine sehr einfache, aber wirkungsvolle und insbesondere raumsparende Ausführungsform

ίο einer Kühlanordnung nach der Erfindung dargestellt, die bevorzugt in engbegrenzten Verteiierstationen oder bei gekapselten Schaltstationen einsetzbar ist.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Vorkühler 6a auf einem Isolierkörper 10a angeordnet. Dieser Vorkühler besteht aus einem metallischen Gehäuse 16, das mit öl 17 gefüllt ist, welches in Verbindung mit öl 11a des Isolierkörpers 10a steht und mit diesem öl umgepumpt und gekühlt wird.

In dem metallischen Gehäuse 16 läuft das aus dem Kabel kommende Wasser 4 gemäß F i g. 1 zur guten Abkühlung innerhalb der Füüung des Öles 17 in gewundenen oder sonstwie günstig gestalteten Metallrohren 18 zum Anschluß an das Isolierrohr der Wasser-Isolierstrecke 9a. Das aus einem Wärmetau-

*5 scher 12a kommende kalte öl wird in einem bis an die Kugel des Gehäuses 16 hochgeführten Isolierrohr 13a direkt in den Vorkühler geleitet, von dem es nach unten in den Isolierkörper 10a eintritt.

Zur Spannungssteuerung längs des Isolierkörpers 10a sind ringförmige Kondensatoreinlagen 14a eingebaut.

In der F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Kühlanordnung nach der Erfindung dargestellt, die insbesondere eine schnelle intensive Vorkühlung des Wassers 4 gemäß F i g. 1 bewirkt, indem dem aus dem Kabel ankommenden heißen Kühlwasser von z. B. 7O⁰C kaltes Wasser 4 von bspw. 10⁰C aus einem Wärmetauscher beigemischt wird. Bei einem Mischungsverhältnis 1 :1 ergibt sich eine Temperatur der Mischung von 40⁰C, bei einem Mischungsverhältnis 1 :2 ergibt sich eine Temperatur von 30° C.

Die Durchmischung durch Wirbelung erfolgt in einem geschlossenen metallischen Gehäuse 19, das auf einem Isolierkörper 10/? mit einer Wasser-Isolierstrecke 9b und einer ölfüllung 116 angeordnet ist. In das Gehäuse 19 mündet oben das Zuleitungsrohr für das heiße Kühlwasser vom Kabel. Das kalte Mischwasser wird durch ein Isolierrohr 20 im ölgefüllten Isolierkörper iOb hochgepumpt und tritt exzentrisch in das Gehäuse 19 ein, so daß eine Wirbelung entsteht. Die Mischung fließt durch die Wasser-Isolierstrecke 9b nach unten ab und gelangt in eine Hauptkühleinrichtung 15 wie bei der Fig. 1.

Die Steuerung der Kühlstärke kann erfolgen durch Regelung der Beblasung und/oder Beregnung beim luftgekühlten Vorkühler, oder durch Regelung der öldurchflußmenge beim ölgekühlten Vorkühler, oder durch Regelung der beigemischten Menge von kaltem Wasser beim Mischkühler. Die Regeldaten können von einer Einrichtung aufgrund der gemessenen Wassertemperaturen vor und nach Durchlauf des Kühlers in Verbindung mit der Größe des Ableitstromes ermittelt und den Steueranlagen zur Ausführung eingegeben werden. Um den Isolationswiderstand des Kühlwassers hoch zu halten und um eine korrosionsschützende Wirkung auszuüben, ist es auch möglich, eine öl-Wasser-Emulsion zu verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Wassergekühlte Kabelanlage mit im Kreislauf geführtem Wasser zur Kühlung des Stromleiters, S wobei die Rückkühlung des Wassers in einem auf Erdpotential befindlichen Wärmetauscher erfolgt und zwischen Hochspannungs- und Erdpotential eine Wasser-Isolierstrecke angeordnet ist, d a durch gekennzeichnet, daß das Wasser (4) zur Kühlung des als Hohlleiter (1) ausgebildeten Stromleiters nach dem Austritt aus dem Kohlleiter (1) zwischengekühlt wird,

2. Kabelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zwischenkühlung des Wassers (4) ein Vorkühler (6 bzw. 6a bzw. 6b) und/oder eine Wasser-Isolierstrecke (9 bzw. 9a bzw. 9b) vorgesehen sind.

3. Kabelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser-Isolierstrecke (9 bzw. 9a bzw. 9b) als ein gewundenes Isolierrohr ausgebildet ist, das in einem mit öl (11 bzw. lila bzw. Umgefüllten Isolierkörper (10 bzw. 10a bzw. iOb) angeordnet ist, und daß das Isolierrohr mit einem außerhalb des Isolierkörpers (10 bzw. 10a bzw. iOb) befindlichen Wärmetauscher (15) verbunden ist.

4. Kabelanlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das öl (11 bzw. 11a bzw. iib) durch einen außerhalb des Isolierkörpers (10 bzw. 10a bzw. IOb) angeordneten Wärmetauscher (12 bzw. 12a bzw. Eingeleitet wird.

5. Kabelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (6) als metallisches Verbindungsrohr ausgebildet ist und Kühlrippen (7) und einen Sprühschutzschirm (8) besitzt.

6. Kabelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (6a) auf einem Isolierkörper (ii)a) aufgesetzt ist und die Innenräume vom Vorkühler (6a) und Isolierkörper (10a,) miteinander in direkter Verbindung stehen (F i g. 2).

7. Kabelanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (6b) aus einem geschlossenen Gehäuse (119) besteht, das auf einem Isolierkörper (106Jangeordnet ist (F i g. 3).

8. Kabelanlage: nach Anspruch 1,2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die untere Seite des geschlossenen Gehäuses (19) durch den Isolierkörper (lOtygeführte Isolierrohre (9öund 20) münden.

9. Kabelanlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierkörper (10 bzw. 10a bzw. lOtyKondeinsatoreinlagen angeordnet sind.