DE2257720C3 - Wassergekühlte Kabelanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Kabelanlage mit im Kreislauf geführtem Wasser zur Kühlung des als Hohlleiter ausgeführten Stromleiters, wobei die Rückkühlung des Wassers in einem auf Erdpotential befindlichen Wärmetauscher erfolgt und zwischen Hochspannungs- und Erdpotential eine Wasser-Isolier· strecke angeordnet ist.

Bei einer derartigen bekannten Anlage weist der Stromleiter des Kunststoffkabels im Innern zu seiner Kühlung einen von Wasser durchströmten Hohlkanal auf. Dieses Kabel ist 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 allzu 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 bemessende Isolierrohre erforderlich wären. Ferner kommt hinzu, daß die für einen sicheren Betrieb notwendige Kühlung bei solchen Hochleisiungsverbindüngen beachtliche Wassermengen erfordert, wofür jeweils ein Hohlkanal mit entsprechend großem Querschnitt vorzusehen ist Eine beliebige Vergrößerung dieses im Leiterinnern befindlichen Hohlkanals ist jedoch insbesondere aus mechanischen Festigkeits- und Flexibilitätsgründen nicht bzw. nur begrenzt möglich.

Bei Hochleistungsverbindungen müssen zu ihrer wirksamen Kühlung durch den jeweiligen Hohlkanal 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. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage der in Rede stehenden Art eine wirksamere Kühlung im Hinblick auf dan Potentialabbau in der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Hochspannungspotential des Endverschlusses und dem Erdpotential eine Vorkühlung erfolgt In vorteilhafter Weise sind zur Vorkühlung des Wassers ein Vorkühler und/oder eine Wasser-Isolierstrecke vorgesehen. Durch diese Vorkühlung kann das nach Durchlauf durch den Hohlleiter aufgeheizte Kühlwasser insbesondere am Kabelende vom hohen Potenttal auf Erdpotential zum Zwecke der Rückkühlung gebracht werden, wobei das Entstehen hoher Ableitströme infolge überhöhter Temperatur des Kühlwassers vermieden ur.d 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 »5 bei höherbelasteten Kabeln im allgemeinen nicht ausreichend ist, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Wasser-Isolierstrecke in einem ölgefüllten Isoliergefäß untergebracht das für hohe Spannungen spannungsgesteuert sein kann und dessen Ol in einem besonderen Kreislauf gekühlt ist In vorteilhafter Weise wird das aufgeheizte Kühlwasser erst durch einen Vorkühler geleitet (der mit Luft und/oder einer Br regnungsflüssigkeit gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, mit Öl gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig.2 oder mit kaltem Mischwasser gemäß Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 als Kühlmedium arbeitet), bevor es in die Wasser-Isolierstrecke eintritt Zur vollständigen Rückkühlung durchläuft das Kühlwasser dann die eigentliche Hauptkühleinrichtung und kehrt in den Kühlkreislauf zurück.

Der Kahlkreislauf der Kabelanlage kann in bekannter Weise gestaltet werden. Bei zwei parallel verlegten Systemen mit insgesamt sechs Einleiterkabeln können jeweils gleich viel Kabel getrennt oder gemeinsam für es 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 I 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 eine beträchtliche Senkung der Leitfähigkeit erreicht Eine Temperaturab-Senkung um 10 bis 20⁰C bewirkt eine Leitfähigkeitsverminderung um etwa 30 bis 50%.

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

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

Fig. 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 Kühlan-Ordnung.

In der Fig. 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 S.

Das aus dem Endverschluß 5 mit einer Temperatur von z. B. 60 bis 70⁰C 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 Umgebungsbedingvngen und der Durchflußgeschwindigkeit eine Temperatursenkung um etwa 10 bis 20° C oder auch mehr stattfinden. Sie kann bei zeitweisen Übertragungsspitzen noch vergrößert werden durch Beblasung und/oder Beregnung des VorkPhlers 6.

Die Wasser-Isolierstrecke 9 befindet sich nach F i g. 1 eo 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 Il gefüllt ist, das in einem eigenen Kreislauf umgepumpt und in einem Wärmetauscher 12 gekohlt und anschließend durch ein Isolierrohr 13 wieder oben im Isolierkörper 10 eingeführt wird.

Zur Spannungssteuerung längs des Isolierkörpers 10 sind ringförmige Kondensatoreinlagen 14 eingebaut, riie 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, beispielsweise zum miteinbezogenen Nachbarkabel.

In F i g. 2 ist eine sehr einfache, aber wirkungsvolle und insbesondere raumsparende Ausführungsform einer Kühlanordnung nach der Erfindung dargestellt, die bevorzugt in engbegrenzten Verteilerstationen oder bei gekapselten Schaltstationen einsetzbar ist

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

In dem metallischen Gehäuse 16 läuft das aus dem Kabel kommende Wasser 4 gemL* F i g. ί zur guten Abkühlung innerhalb der Füllung d^s Öles 17 in gewundenen oder sonstwie günstig gestalteten Metallrohren 18 zum Anschluß an das Isolierrobr der Wasser-Isolierstrecke 9a. Das aus einem Wärmetauscher t la kommende kalte öl wird in einem bis an die Kuppel des Gehäuses 16 hochgeführten Isolierrohr 13a direkt in den weiteren Vorkühler 6a geleitet, von dem es in den Isolierkörper 10a gelangt

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 Kühlung in einem anderen Vorkühler 6b des Wassers 4 gemäß F i g. 1 bewirkt, indem dem aus dem Kabel ankommenden heißen Kühlwasser 4 von z. B. 70⁰C kaltes Wasser von beispielsweise 10° C aus einem Wärmetauscher beigemischt wird. Bei einem Mischungsverhältnis 1 : i 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 10Z> mit einer Wasser-isolierstrecke 9b und einer ölfüllung üb 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 10/> 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.:.

Die Steuerung der Kühlstärke kann erfolgen durch Regelung der Beblasung und/oder Beregoung beim luftgekühlten Vorkühler oder durch Regelung der Öldurchflußmenge beim ölgekühlten Vorkühler oder durch Regelung der beigemischten Menge von kaltem Wasser beim als Mischkühler ausgebildeten Vorkühler. Die Regeldaten können von einer Einrichtung aufgrund der gemessenen Wassertemperaturen vor und nach Durchlauf in Verbindung mit der Grööe des Ableitstromes ermittelt und den Steueranlagen zur Ausführung eingegeben werden. Um den lsolationswiderstand des Kühlwassers hoch zu halten und um eine korrosions- . schützende 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 als Hohlleiter ausgeführten Stromleiters, wobei die Rückkühlung des Wassers in einem auf Erdpotential befindlichen Wärmetauscher erfolgt und zwischen Hochspannungs- und Erdpotential eine Wasser-Isolierstrecke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochspannungspotential des Endverschlusses (5) und dem Erdpotential eine Vorkühlung erfolgt

2. Kabelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorkühlung des Wassers ein Vorkühler (6 bzw. 6a bzw. 6b) und/oder die 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* i;t das in einem mit öl (11 bzw. 11a bzw. Umgefüllten Isolierkörper {!0 bzw. 10a bzw. !Oft/ angeordnet ist, und daß das Isolierrohr mit einem außerhalb des Isolierkörpers (10 bzw. 10a bzw. 106; befindlichen Wärmetauscher (15) verbunden ist.

4. Kabelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das öl (11 bzw. 11a bzw. 11 ty durch einen außerhalb des Isolierkörpers (10 bzw. 10a, bzw. iOb) angeordneten Wärmetauscher (12 bzw. 12a bzw. Umgeleitet wird.

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

6. Kabelanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühles (6a) auf einem Isolierkörper (10a; aufgesetzt ist und die Innenräume vom Vorkühler (6a) und Isolierkörper (10a; miteinander in direkter Verbindung stehen (Fig.2).

7. Kabelanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (6b) aus einem geschlossenen Gehäuse (19) besteht, das auf einem Isolierkörper (lOtyangeordnet ist (F ig. 3).

8. Kabelanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die untere Seite des geschlossenen Gehäuses (19) durch den Isolierkörper (106; geführte Isolierrohre (9b und 20) münden.

9. Kabelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierkörper (10 bzw. iOa bzw. 106; Kondensatoreinlagen angeordnet sind.