DE2312981A1 - Anordnung und verfahren zum kuehlen von kabelendverschluessen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, 1 3. März 1973

Melchioretr. 42

Unser Zeichen: AL5P—974-

GaW Electric Specialty Co,

3500 w. 127th st.

Blue Island, Illinois V.St.A.

Anordnung und Verfahren zum Kühlen von Kabelendverschlüssen

Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluß mit einer Kabelendmuffe . einem Kabel mit einer Isolierung, einem äußeren Isolator um diese Isolierung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Kabelendverschlusses.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Bezeichnung "Kabel endver se nluß" für den gesamten Aufbau einschließlich Kabel, Steigrohren, Halterungen usw. benutzt. Die Bezeichnung "Kabelendmuffe" wird für die Einrichtungen und die Materialien, die das eigentliche Kabelende bilden, benutzt.

Bei der Übertragung und der Verteilung von elektrischer Energie durch Erdkabel ist es üblich, ein mit Öl unter hohem Druck gefülltes rohrförmiges Kabels;/stem zu verwenden, das sich für

B^ls/mt den

309838/1038

- ijLSP-974

den Transport und die Verteilung beträchtlicher Mensen an elektrischer Energie eignet. Sind nur die dielektrische Festigkeit und der dielektrische Schutz von Bedeutung, s® ist keine Zwangskühlung, erforderlich, um den gewünschten elektrischen .Energietransport durchzuführen, wobei ein solches System gewöhnlich mit statischem hydraulischen Druck arbeitet, wobei das Öl in oder aus dem Rohr und den zugehörigen Elementen gepumpt wird, um .die in das Öl eingetauchte Kabelisolierung unter einem gegebenen Druck,

beispielsweise in der Größenordnung von 14· kp/cm zu halten.

Häufig wird jedoch ein dynamisches bzw. zirkulierendes Ölsystem in Verbindung mit solchen rohrförmigen Kabelsystemen verwendet, um die Kapazität der Stromübertragung des Kabels bei einer gegebenen Leitergröße zu steigern, wobei das Öl durGh das Rohr und einen geeigneten Wärmetauscher mittels einer Pumpe umgewälzt wird, während beispielsweise derselbe Druck in der Größe von etwa 14· kp/cm aufrecht erhalten wird.

Die Übertragung von elektrischer Energie durch solche Erdkabel wird durch eine Anzahl unterschiedlicher !Faktoren beeinflußt, hauptsächlich aber von den thermischen Bedingungen. Die Stromübertragungskapazität eines solchen Systems bei gegebener Leitergröße wird durch Verwendung eines zirkulierenden Ölstromes beträchtlich gesteigert, wobei Wärmetauscher verwendet werden um die Wärme vom Öl und damit vom Kabel abzuführen und um die Bildung von "überhitzungstemperaturen zu vermeiden. Die Wärme in den rohrförmigen Kabelsystemen entsteht hauptsächlich auf

- 2 - Grund

3Ö9Ö38/1Q38

2 AL5P-974-

o
Grund der I R-Ye rl us te, die stark mit dem Strom zunehmen und außerdem mit der Temperatur infolge des höheren Widerstandes steigen. Bei Kabelsystemen mit Ultrahochspannung tragen ferner die dielektrischen Verluste in der Kabelisolierung merklich zur Erwärmung bei.

Während der Aufbau und die Konstruktion eine© solchen dynamischen Kühlsystemes für den Hauptteil des Kabelsystemes (z.B. für die Erdkabel, die Verteilerköpfe, die Steigleitungen usw.) relativ einfach sind, bringt die Ölumwälzung durch die Kabelendverschlüsse an den Kabelendmuffen beträchtliche Probleme mit sich wegen der Unterschiede im Aufbau und in der 'Konstruktion gegenüber dem rohrförmigen Kabelsystem selbst. Dies gilt besonders für Hochspannungsanlagen, z.B. 138 Kv und mehr. Viele der grundsätzlichen Konstruktionsmerkmale der Kabelendmuffen derartiger Anlagen, ζ.Β» die., die für einen hohen Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch und für maximale elektrische Isolation erforderlich sind, stehen im Gegensatz zu den gewünschten Konstruktionsmerkmalen, die eine leichte Anpassung an ein durch den Kabelendverschluß umgewälztes Kühlmittel ermöglichen würden.

Insbesondere wird der ölfluß durch das Kabel selbst durch einen relativ großen Raum geleitet, so daß die Durchgänge oder Kanäle den Fluß im allgemeinen nicht beschränken oder einengen. Also sind irgendwelche Reduzierungen der dielektrischen Festigkeit infolge von .metallischen oder halbleitenden Partikeln oder anderen Faktoren in Verbindung mit dem Ölstrom nicht besonders kritisch, da der Hochspannungsgradient normalerweise nicht quer zum Öl angelegt ist. In einem typischen ölgefüllten Rohrkabel ist beispielsweise das elektrische Feld im wesentlichen zwischen dem zentralen Lei-

- 3 - ter

309838/1038 —

• . " - AL5P-974-

ter und einem Mantel "begrenzt, und das Öl fließt durch den Raum zwischen dem Mantel und dem Innendurchmesser des Rohres. (Bei Verwendung eines ölgefüllten Kabels mit hohlem Kern treten am Öl ebenfalls keine Beanspruchungen durch das elektrische Feld auf, da das Öl längs eines zentralen bzw. axialen Kanales im Inneren des Leiters selbst fließt). Gewöhnlich werden halb-sperrende Einrichtungen in die Basis der Kabelendmuffe eingebaut und Rückschlagventile und Euter zur Filterung des Öles verwendet, das in den Bereich der Kabelendmuffe möglicherweise eingetreten ist. Es ist ferner kein Problem, Kanäle, mit genügend großen Querschnitten vorzusehen, um einen ausreichenden Ölstrom zu erzeugen, um die gewünschte Kühlung des Kabels zu erreichen.

An den Kabelendverschlüssen liegt jedoch eine völlig andere Situation vor und es ist aus. verschiedenen Gründen nicht zweckmäßig, einfach das durch das Rohr strömende Öl durch die Kabelendmuffe zu leiten. Wegen der notwendigen elektrischen. Isolierung und den dielektrischen Anforderungen ist im Kabelendverschluß eine starke elektrische Isolation und damit auch eine starke Wärmeisolierung in dem radialen Wärmefluß vom Leiter zur Luft oder dem umgebenden Medium an der Außenfläche der Kabelendmuffe vorhanden. Diese Isolierung ist erforderlich, da die meisten Kabelendverschlüsse die Verwendung von Spannungsentlastungs-Isolierungen und/ oder Spannungskontroll-Kondensatoren in der Kabelendmuffe zusätzlich zu der Isolierung des Leiters erfordern,, wobei außerdem hohe Anforderungen an die dielektrische Isolierungsfähigkeit der im Kabelendverschluß verwendeten Isolierteile gestellt werden.

Obwohl die Hochspannungsendverschlüsse hermetisch abgedich-

- 4- - tet

30983 8/1038

tet sind und Öl unter hohem statischen Druck aus dielektrischen Gründen und um den Eintritt von Feuchtigkeit auszuschließen enthalten, müssen Ölkanäle oder Leitungen innerhalb der vorgenannten Isolierungen und/oder der Kondensator-Anordnung sehr klein gehalten werden, weil die dielektrische üurchbruchsfestigkeit des Öles beträchtlich abnimmt, wenn as nicht in relativ dünne Zonen oder Schichten aus öl und festen dielektrischen Stoffen getrennt ist. Die Wärmeleitfähigkeit des Öles wird dagegen nur gesteigert, wenn die Clschicht ausreichend dick ist, um einen Konvektionsfluß zu ermöglichen, d.h., daß die sehr dünnen ölschichten, die zum Erreichen guter dielektrischer Eigenschaften erforderlich sind, eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit haben, durch die normale Kühlung des Leiters durch radialen Wärmefluß durch den Kabelendverschluß hindurch beeinträchtigt wird. Mes führt dazu, daß die dielektrischen Anforderungen den Anforderungen an die Wärmeabfuhr zuwider laufen, nach welchen die Leitungen bzw. Kanäle groß genug sein sollten, um einen ausreichenden Kühlmittelstrom für die Abfuhr der Wärme zu ermöglichen.

Die zwangsweise Umwälzung von isolierenden Flüssigkeiten, wie z.B. dem in rohrförmigen Kabelsystemen verwendeten öl, durch die Pumpe, den Wärmetauscher und die zugehörigen Rohrleitungen, kann ferner eine schädliche Auwirkung auf die dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit haben. Beispielsweise können verschiedene Metalle in der Anwesenheit von mineralischen oder synthetischen isolierenden Flüssigkeiten als Katalysator wirken, wodurch Wasserstoffperoxyd-Verb indungen gebildet werden, die eine Zunahme des Leistungsfaktors der Isolierflüssigkeiten bei hohen Tem-

- 5 - peraturen

309838/1038

£ AL5P-974

peraturen zur Folge haben. Diese katalytische Wirkung ^qer Metalle ist im allgemeinen bei höheren Temperaturen und höheren Strömungsgeschwindigkeiten der Isolierflüssigkeit η her. Im allgemeinen wird für Bohr-Kabel-Systeme Stahl verwendet, und obgleich Stahl etx^as weniger aktiv ist als Kupfer (welches das am stärksten aktive katalytische Metall ist, das normalerweise bei Hochspannungskabeln verwendet wird), sind seine Wirkungen in dieser uinsioiit immer noch beträchtlich. Diese Wirkungen tragen somit weiterhin zu den wesentlichen Problemen bei der dynamischen Kühlung von Hochspannungs-Kabelenden und insbesondere bei Verwendung eines gemeinsamen ölsystems mit dem Kabel und den Steigleitungen bei.

Betrachtet man daher den relativ hohen Wärmewiderstand beim radialen Wärmefluß vom Leiter zur Außenfläche der Kabelmuffe und die starken Beschränkungen bei einer zwangsweisen Innenkühlung, so bilden die Kabelendverschlüsse einschneidende Grenzen hinsichtlich der Stromübertragungskapazität eines Eohr-Kabel-Systems, insbesondere wenn bei den anderen Teilen des Systems, bei denen solche Begrenzungen nicht vorliegen, eine dynamische Kühlung verwendet wird.

Der Erfindung liegt daher die'Aufgäbe zugrunde, einen Kabel endverscLluß und ein Yerfahren zu seiner Kühlung,, insbesondere für hohe Spannungen, zu schaffen, die unter Yer- ■ meldung der oben aufgeführten Nachteile eine hohe Stromübertragungskapazität ermöglichen, ohne die elektrischen -· Eigenschaften im wesentlichen zu verschlechtern.

- 6 - Erfindungs gemäß

309838/1038

AL5P-974-

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kabelmuffe einen Strömungskanal aufweist, der vollständig inner halb eines Bereichs mit geringer elektrischer Feldstärke angeordnet ist, um eine isolierende dielektrische Flüssigkeit aufzunehmen, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um diese Flüssigkeit in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf durch diesen Kanal zu führen, wobei diese Einrichtungen einen Wärmetauscher zum Kühlen und eine Pumpe zum Umwälzen der dielektrischen Flüssigkeit aufweisen, wobei die Umwälzung im wesentlichen auf den Bereich mit der niedrigen elektrischen Feldstärke der Kabelmuffe begrenzt ist, um eine Strömung durch die Kabelmuffe in Längsrichtung der Isolierungsbereiche zu erhalten.

Ein geeignetes Verfahren zur Kühlung des Kabelendverschlus ses besteht darin, das öl oder eine andere Flüssigkeit mit relativ hoher dielektrischer Festigkeit axial durch die Kabelmuffe in den Bereichen niedriger elektrischer Feldstärke hindurch geführt wird, daß diese Kühlflüssigkeit außerhalb der Kabelmuffe gekühlt und erneut umgewälzt wird.

Zweckmäßigerweise wird die Flüssigkeit durch Kanäle radial außerhalb der dielektrischen Isolierung aber innerhalb des Isolators der Kabelmuffe hindurch geführt, so daß der Strö mungsquerschnitt genügend groß ist um einen ausreichenden ölstrom zur Kühlung des Kabelendverschlusses zu erhalten.

Eine Kühlung auf diese Weise ist vorteilhaft, da das elektrische Feld unmittelbar innerhalb des Innendurchmessers deB äußeren Isolators schwächer ist als im Bereich der Isolierung, so daß ein größeres Volumen (d.h. eine dickere Schicht) aus Öl mit seiner reduzierten dielektrischen Fe-

- 7 - stücke it

309838/1038

j> - AL5P

stigkeit aber seiner höheren Wärmeleitfähigkeit die elektrischen Eigenschaften des Kabelendverschlusses nicht wesentlich beeinträchtigt. Der äußere Isolator, der gewöhnlich aus Porzellan ist, hat außerdem einen relativ geringen Wärmewiderstand im Vergleich zu den Spannuiigsüberwachungselementen.

In diesem im allgemeinen ringförmigen Bereich können ein großer ringförmiger Kanal oder relativ große Leitungen in der Kabelendmuffe untergebracht werden, um die Isolierflüssigkeit hindurchzuleiten, um eine innere Kühlung zu erreichen, wodurch der zulässige Siennstrom bei einer gegebenen Leitergröße gesteigert werden kann,, so daß er mit dem Nennstrom eines dj^namisch gekühlten Äohr-Kabel-Systems übereinstimmt, in welchem der Kabelendverschluß verwendet wird.

In dem Umwälzs: :stem der Kabelmuffe werden ζ weckmäßig er weise geeignete Filter verwendet, um Wasserstoffperoxyd-Verbindungen und andere unerwünschte Partikel und Substanzen aus der Kühlflüssigkeit zu entfernen. Ferner werden Kupfer, Stahl und andere Metalle mit katalytischer Wirkung vorzugsweise gegenüber der kühlflüssigkeit durch nicht aktive metallische oder nicht metallische "Überzüge getrennt.

Die Flüssigkeit wird vorzugsweise axial·, d.h. im wesentlichen parallel zur Kabelachse, durch die Kabelmuffe. einen Wärmetauscher und zurück mittels einer Umwälzpumpe hindurch geführt, wobei ein hoher Flüssigkeitsdruck, z.B. im Bereich

von 14 bis 15 kp/cm· innerhalb der Kabelmuffe durch das hydraulische System aufrecht erhalten wird, das dem ölgefüllten Rohr-Kabel und den Steigrohren zugeordnet ist , die normalerweise mit der Basis der Kabelmuffe verbunden sind. Deshalb wird der Arbeitsdruck bzw. der statische Druck der di-

3 0 9 8 3 8 /Ί § TB

elektrischen Flüssigkeit durch die Pumpenanlage des Kabelsysteaes aufrecht erhalten, während die mit dem Wärmetauscher des Kabelendverschlusses verbundene Pumpe nur erforderlich ist. um die Flüssigkeit innerhalb der Kabelmuffe umzuwälzen. Obwohl der hohe statische Druck in der Kabelmuffe durch Einrichtungen des Hauptkabelsystems aufrecht erhalten wird, beispielsweise durch Rückschlagventile od.dgl. , ist das ölumwälzsystem des Hauptkabels (oder ein Ülfluß von einer Pumpenanlage zur anderen) im übrigen mit dem Kühlsystem des Kabelendverschlusses, das als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist nicht verbunden.

Be dem Kühlsystem für die Kabelmuffe kann ein einfacher Wärmetauscher für Umgebungstemperatur verwendet werden oder alternativ eine Kühleinheit, die unterhalb der Umgebungstemperatur arbeitet, wobei die Bezeichnung Wärmetauscher alle Einrichtungen umfassen soll. durch die Wärme von der Isolierflüssigkeit abgeführt werden kann. Der Grad der erforderlichen Kühlung hängt natürlich hauptsächlich von der Umgebungstemperatur der Luft oder des die Kabelmuffe umgebenden Mittels ab, ferner von der Stärke der auf die Kabelmuffe auftreffenden Sonneneinstrahlung und von dem Zeitintegral des Kabelstromes, wobei die Hauptquelle der

abzuführenden Wärme die 1 R-Verluste im Leiter und die dielektrischen Verluste in den Spannungsüberwachungselementen (stress control component) sind.

Beispielsweise Ausführungeformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, in der ι

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems.für eine Kabelmuffe zeigt.

309 8 3 8/1038

- 9 - Fig.2

Fig. 2 und 3 zeigen im Schnitt· den oberen und den unteren •feil der Kabelmuffe nach Fig. 1.

Fig 4- zeigt im Schnitt eine Kabelmuffe nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

F\g. ρ ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 von B¹Ig. 4-, gesehen in Pfeilrichtung, wobei schematisch beispielsweise Strömungsrichtungen der Flüssigkeit durch die Kabelmuffe gezeigt sind. - . ■

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. .4-in Pfeilrichtung, wobei die Strömungsrichtungen der Flüssigkeit in einem oberen Verteiler dargestellt sind.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen unteren Verteiler, der in der Ausführungsform nach Fig. 4- verwendet wird, wobei schematisch die Strömungsrichtungen der Flüssigkeit durch die oberen Teile des'Verteilers dargestellt sind.

Fig. 8 zeigt eine Ansicht Von unten auf den Verteiler nach Fig. 7i wobei schematisch die Strömungsrichtungen der Flüssigkeit durch die unteren Teile des Verteilers dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Kühlsystem 10 zur Verwendung in Verbindung mit einem ölgefüllten rohrförmigen Kabelsystem 12 gezeigt, in dem Öl unter hohem Druck in Richtung der Pfeile umgewälzt wird, und zwar durch ein Steigrohr 16, einen

- 10 - Verteiler

309 838/1038

Verteiler 18 und zurück durch ein Rohr 20 zu einer nicht gezeigten Hauptpumpstation. Das Kühlsystem 10 umfaßt eine Kabelendmuffe 22, die einen Strömungskanal parallel zum Kabel und zu ihrer Achse hat, der in der Nähe des Innendurchmessers des Porzellanisolators 24- liegt, wobei ein hohler Eingangsabschnitt 26 mit dem unteren Ende des Strömungskanales in Verbindung steht. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, die an das andere Ende des Strömungskanales und an den Eingangsabschnitt angeschlossen sind, -um eine isolierende dielektrische Flüssigkeit umzuwälzen, nämlich eine Pumpe 28 und einen Wärmetauscher 30 zum Abführen der Wärme von der Flüssigkeit, die sie während ihrer Strömung durch die Muffe 22 aufgenommen hat.

Die dielektrische Flüssigkeit ist zweckmäßigerweise ein Öl mit hoher dielektrischer Festigkeit, das vom Eingang 26 durch den.axialen Kanal der Muffe 22 nach oben und dann vom oberen Ende des Kanals durch eine Leitung 32 am Hochspannungsende und durch eine Leitung 34- in Form eines hohlen Porzellanisolators zurück nach unten geführt wird, wobei die Leitung 34- etwa dieselbe Länge hat wie der Porzellanisolator 24- der Muffe. Das Öl wird dann am unteren bzw. geerdeten Ende der Leitung 34- über Leitungen 36 zum Wärmetauscher 36 geführt, der ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel bei Umgebungstemperatur oder bei darunter liegenden Temperaturen verwendet. Das gekühlte Öl wird dann zu der Umwälzpumpe 28 geleitet, die es über ein Filter und Nebenstromsystem 38 und über Leitungen 4-G in den unteren Teil des Eingangs 26 fördert.

Das System 38 umfaßt ein Filter 4-i , das mit aktivierten

- 1 - Jonen

309838/1038

AL5P-974-

Tonen und/oder molekularen Filtermaterialien ausgerüstet ist, um alle unerwünschten Elemente aus dem Öl durch selektive Adsorption und durch mechanische Wirkung zu entfernen. Beispielsweise werden durch das I'ilter 41 mechanisch metallischer Staub, Partikel oder Verbindungen entfernt, die einen schädlichen Einfluß auf das System haben könnten. Peroxyd-Yerbindungen, die entstehen können, wenn Kupfer, Stahl oder andere Metalle mit katalytischer Wirkung nicht wirksam von dem dielektrischen Öl getrennt sind, werden dabei entfernt. Da die Peroxyd-Verbindungen dazu neigen, den Leistungsfaktor des Öls bei hohen Temperaturen zu steigern, trägt die Entfernung derartiger Verbindungen dazu bei, die optimalen dielektrischen Eigenschaften des Öls aufrecht zu erhalten. Ferner helfen diese Filterstoffe bei der Entfernung irgendwelcher Spuren von Wasser in dem Öl.

Das Filter 41 kann durch Öffnen eines Nebens.trom-Ventil.es 42 und durch Schließen der Ventile 44 und 46 überbrückt werden, um eine Reaktivierung oder einen Ersatz des Filtermaterials zu ermöglichen. Neben dem Ventil 46 ist ein Ablaßventil 48 angeordnet, um eventuelle Luft aus dem System abzuführen, die schädlich für die dieelektrischen Eigenschaften des Kabelendverschlusses wäre.

Es wird somit ein geschlossener hydraulischer Kreislauf gebildet, wobei das Öl durch das Innere der Muffe 22 hindurch geführt wird, und zwar getrennt von dem dynamischen Kühlsystem, das zur Kühlung des Hauptkabels 12 dient. Durch die Abfuhr der Wärme aus dem Kabelendverschluß und durch die Abgabe der Wärme im Wärmetauscher J>0 wird die Stromübertragungskapazität des Kabels innerhalb der Muffe beträcht-

- 12 - lieh

309 838/10 38

JZ AL5P-974

Iich erhöht.

Die Muffe 22, deren Aufbau im einzelnen in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben wird, ist in üblicher Weise auf einer Stützplatte 50 montiert, die in irgendeiner geeigneten Weise an der Basis des .eiingangsabschnittes 26 befestigt ist. Die Stützplatte 50 ist andererseits mittels isolierender Büchsen 54- an einen Stahlrahmen 52 angeschraubt (Fig. 1). Die Platte 50 und der Rahmen 52 können ferner zur Halterung des "Verteilers 18 dienen, der in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird. Die Leitung 34- wird von einem Bügel, 56 aus Metall gehalten, der an vertikale Hippen 58 des Eingangsabschnittes 26 der Muffe angeschraubt ist wobei diese Rippen die Steifigkeit der zylindrischen Wände des Abschnittes 26 erhöhen und die Wärmeübertragungsfläche vergrößern. Die Leitung 36 ist an eine Stirnplatte 60 am Boden der Leitung 34- durch irgendwelche geeigneten Mittel angeschlossen. Die Leitung 32 am oberen Ende der Muffe ist an eine Stirnplatte 62 am oberen Ende der Leitung 34- ebenfalls durch irgendwelche geeigneten Mittel angeschlossen.

Über den oberen Enden der Muffe 22 und der Leitung 34- sind Schutzschirme 64- und 66 gegen Sprühentladung angeordnet, die mit entsprechenden öffnungen 68 und 70 für die Durchführung der Leitung 32 versehen sind. Der Schirm 64 hat ferner eine Öffnung oben in seiner Mitte, um einen Freileitungsanschluß 72, der sich durch den Schutzschirm 64- hindurch erstreckt, anschließen zu können und der die elektrische und mechanische Verbindung zu dem freien Ende eines Freileiters /4- in bekannter Weise herbeiführt. Ein Abstandsbügel 76 aus Metall ist zwischen den oberen leitenden Tei-

- 13 - len

309838/103S

AL5P-974

len der Muffe 22 und der Leitung 34 angebracht, um eine mechanische Abstützung zu schaffen und um die oberen leitenden Teile der beiden Elemente leitend zu verbinden, so daß sie an derselben hohen Spannung liegen, die auch am Freileiter 74 liegt. Andererseits liegen alle leitenden Teile an den unteren Enden der Bauelemente an oder nahe bei Erdpotential.

Die Fig. 2 und 3 zeigen im Detail den Innenaufbau der Muffe 22 und einen Teil des Verteilers 18. Die Muffe 22 ist im Prinzip von bekannter Bauart, sie hat jedoch bestimmte hier noch zu beschreibende Modifikationen, so daß sie in das dynamische Kühlsystem der Erfindung eingegliedert werden kann. Bei der Ausfuhrungsform nach den Fig. 1 bis 3 sind jedoch nur geringe Änderungen bekannter Muffenkonstruktionen notwendig, um eine wirksame Kühlung durch Ölzirkulation zu erreichen. Dies rührt davon her, daß mit Kondensator versehene Muffen bekannt und verfügbar sind, die bereits einen Ringraum 78 zwischen der Innenbohrung 80 des Isolators und dem Außendurchmesser 82 des Kondensatorstapels 84 aufweisen und somit einen Ringkanal bilden, dessen Querschnitt (in Richtung der Strömung) genügend groß ist, um einen ausreichenden Kühlmittelfluß für eine ausreichende Kühlung des Kabelendverschlusses zu ermöglichen. Das heißt, es ist eine Kühlmittelströmung möglich, die eine ausreichende Menge an Wärme abführt, um den Leiter des Kabels 85 in der Muffe ja. Stand zu setzen, eine höhere Strombelastung zu übertragen bzw. zu transportieren. Das Kühlsystem mit Ölumwälzung ist gedoch nicht auf Muffen mit Kondensatoren beschränkt, sondern auch für-andere Typen verwendbar.

- 14 - . Der

309838/1036'

AL5P-974

Der Eingkanal 78 steht an seinem unteren Ende mit dem Innenraum des Eingangsabschnittes 26 über eine Vielzahl von Öffnungen 86 in Verbindung, die in Umfangsrichtung in einem isolierenden Stützring 88 ausgebildet sind, der als Einlaßverteiler wirkt, um eine gleichmäßige Strömung in dem Kanal 78 zu fördern. Die Öffnungen 86 sind daher im wesentlichen fluchtend mit dem Ringkanal 78 angeordnet und ihre Zahl ist so gewählt, daß eine relativ gleichförmige Aufwärtsströmung durch den Kanal 78 erreicht wird, ohne daß jedoch der Ring 88 unzulässig geschwächt wird. Die Ölzuführleitung 40 ist am unteren Seil des Eingangsabschnittes 26 durch geeignete Mittel angeschlossen wobei durch diese Leitung das gekühlte Öl zugeführt wird, das nach oben im Inneren des Abschnittes 26, dann durch den Eingkanal 78 und in den oberen Teil 90 (Fig. 3) der Muffe oberhalb des Kontaktsatorstapels 84 strömt. Der Ölstrom wird durch die verschiedenen Heile angezeigt und das Öl nimmt bei seiner Strömung durch die Muffe Wärme auf, wodurch seine Temperatur zunimmt bis es durch eine Auslaßöffnung 92 in den oberen Deckplatten 94 und 96 aus rostfreiem Stahl, die eine obere Sammelleitung darstellen, abströmt. Das öl strömt dann aus der Muffe durch die " Leitung 32 zurück zu der mit ihr verbundenen Leitung 34 (Fig. 1).

Die Muffe 22 ist, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, mit einem Kabel 85 versehen, das mehr oder weniger in Standardbauweise in der Muffe installiert ist, wobei der am Verteiler 18 beginnende Kabelteil nach bekannten Methoden für den Endanschluß zugerichtet ist, wobei das Kabelende durch eine Eintrittsöffnung in einer Grundplatte 100 geführt una eine Stopfbüchse 102 vorgesehen ist, die gegenüber dem Kabelmantel ";G4 eine halb-sperrende ölabdichtung Ml-

- 15 - det.

309838/1038

AL5P-974-

det. Der Kabelmantel 104 ist leitend mit dem Muffenkörper verbunden und in üblicher Weise geerdet.

Der Mantel endigt in einem Spannungsentlastungskegel (stress relief cone) aus einer perforierten Papierrolle, die mit einer Umhüllung 106 aus einem Draht-Stoff-Gewebe umgeben und durch vertikale Streifen oder Bänder 108 gehalten ist, die in Abständen am Umfang um das Kabel, und in axialen Abständen angeordnet und durch Halterungen 110 aus Draht zusammengehalten sind, die in ausgeschnittenen Abkröpfungen in axialen Abständen längs des Kabels angeordnet sind. Das'obere Ende der Umhüllung 106 endigt bei 112 in einem Band aus Kupfer und Kreppapier. Die Papierrolle 114- ist in der üblichen Weise um die innere Kabelisolierung angeordnet und erstreckt sich über ein wesentliches Stück längs des Kabels nach oben, wenigstens bis zur Hälfte des Kabelendverschlusses und endigt bei 116 (S¹Ig. 3). An das Ende 116 schließt sich eine Papierrolle 118 an, die sich über den Rest der Distanz längs der Isolierung des Kabels 85 erstreckt und die an einem Sperrzylinder 120 endigt, der zwischen dem Ende der Papierrolle 118 und der oberen Deckplrtte 9^ eingeklemmt ist.

Die Papierrollen 114 und 118 sind mit Öl imprägniert und bilden sehr dünne Ölschichten mit hoher dielektrischer Festigkeit, wobei ein sehr schmaler Ölspalt 122 zwischen der Außenfläche der Papierrolle und einem Stützrohr 124 für den Kondensatorstapel gebildet ist. Der Sperrzylinder 120 ist geschlitzt (nicht gezeigt), damit der Innenraum 126 mit Öl gefüllt werden kann wie auch die anderen. Zonen im Inneren der Muffe. Ein Verbindungsstück 1-28 ist mit seinem hohlen Ende innerhalb des Raumes 126 angeordnet, welches den blanken Leiter 130 des Kabels 85 aufnimmt, der in das

- 16 - hohle

30983 87 1038

hohle Ende des Verbindungsstückes 128 eingepreßt oder eingelötet sein kann. Das Verbindungsstück erstreckt sich durch die obere Deckplatte 94-, wobei eine C-Ringdichtung vorgesehen ist, um einen ülaustritt zu verhindern, und es ist an seinem oberen Ende mit einem Anschlußstutzen 72 verbunden, durch den die Verbindung mit dem Freileiter 74- (Fig. 1) hergestellt wird.

Das Stützrohr 124 für die Kondensatoren besteht zweckmäßigerweise aus einem Epoxy- oder Phfinolmaterial und die ringförmigen Kondensatorelemente sind um das Stützrohr übereinander gestapelt. Eine ölimprägnierte Isolierung aus Krepppapier kann vom unteren Ende zum oberen Ende der Muffe über die äußere zylindrische Fläche des Kondenaatorstapels gewickelt sein, jedoch unter Beibehaltung des größten zulässigen Spaltes oder Abstandes zur Innenwand 80 des Isolators Um das Stützrohr 124 ist oberhalb des Kondensatorstapels ein Sperrzylinder 13"i angeordnet und zwischen dem Stapel und der Platte 96 eingespannt, wobei er, wie gezeigt, durch Distanzringe 132 im Abstand von dem Stützrohr 124 gehalten ist. Von dem Kondensatorstapel führt ein Verbindungskabel 133 zu einem geeigneten Anschluß an der Platte 96, während ein Anschlußkabel am unteren Ende des Kondensatorstapels in üblicher Weise geerdet ist (nicht gezeigt).

Bei dem dargestellten Muffenaufbau füllt somit das durch den Ringkanal 78 fließende öl im oberen Teil der Muffe (Fig. 3) die Kammer 90 und strömt dann nach außen durch die Leitung 32 ab. Die Platte 96 kann an ihrer unteren Fläche geeignet geformt sein, um eine gleichmäßige Strömung aus dem Ringraum 78 zur Austrittsöffnung 92 zu fördern. Gleichzeitig bleibt das öl, das den Isolierungs- und

- 17 - den

309838/1038

den Kondensatorteil der Muffe ausfüllt, im wesentlichen statisch, so daß der radiale Wärmefluß durch die Bereiche mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit aber hoher dielektrischer Festigkeit durch den dynamischen ülstrom abgeführt wird, der radial außerhalb der Isolierung und innerhalb des Bereiches mit geringerer elektrischer Feldstärke strömt '(im-Vergleich mit dem"Bereich innerhalb der Muffe, der näher bei dem Leiter liegt). Auf diese Weise wird die Wärme, die durch die _o
l B-Verluste im Leiter, die dielektrischen Verluste in der Isolierung und in den Kondensatoren und durch die Sonneneinstrahlung auf die Außenflächen des Porzellanisolators entsteht, auf das strömende Öl übertragen und aus der Muffe abgeführt.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Öldruck auf etwa 14 bis 22 kp/cm durch das Haupt-Hydrauliksystem gehalten, das mit dem Kabel 12 verbunden ist, obgleich dieses System von dem geschlossenen Kreislauf innerhalb der Muffe getrennt aber nicht vollständig gesperrt ist. Mit anderen Worten, das öl in dem Rohr 12 wird durch die Hauptpumpanlage normalerweise auf einem Druck zwischen etwa 14 und 22 kp/cm gehalten und der Verteiler 18 ist an der Basis der Muffe angeordnet, um einen gleichmäßigen Ölstrom aus dem Bohr 12 zu dem Rücklaufrohr 20 zu schaffen, wozu gleichmäßig verteilte Öffnungen in der Wand des Rohres 12 inner-' halb des Verteilers 18 ausgebildet sind. An der Innenseite der Grundplatte 100 ist eine Platte 134 angeschraubt, die eine äußere Kammer 136 um das Kabel 85 bildet, die mit dem Inneren des Rohres 12 in Verbindung steht. Auf der Platte 134 ist die Stopfbuchse 102 und außerdem eine Vielzahl· von Druckregelventilen 138 (mit entsprechenden Ölfiltern) montiert, deren Einlaßöffnungen mit der Kammer 136 und deren

- 18 - Auslaßöffnungen

309838/1038

AL5P-974

Äuslaßöffnungen mit dem Inneren des Teiles 26 der Muffe in Verbindung stehen. Die Ventile 138 sperren oder "beschränken den Fluß in "beiden Richtungen aus dem Teil 26 zum Eohr 12 und umgekehrt, sie öffnen jedoch bei einem kleinen Differenzdruck in jeder Richtung, geben jedoch nur sehr kleine Durchflußöffnungen frei. Der Öldruck im Inneren des Teiles 26 der Muffe 22 wird somit im wesentlichen auf dem Druck im Rohr 12 gehalten, wobei nur ein sehr kleiner Strom zwischen den beiden Systemen auftritt.

Die den Ventilen zugeordneten Filter verhindern, daß irgendwelche Metall- ode'r Schmutzpartikel usw. in das ölsystem innerhalb der Muffen-Isolierung eintritt, um eine schädliche Beeinflussung der dielektrischen Eigenschaften des Kabelendverschlusses zu vermeiden.

Die Pumpe 28 des Kühlsystemes 10 wälzt somit das Öl nur mit dem Nenndruck des Systems um. sie braucht jedoch nicht den hohen Druck erzeugen, der für den Betrieb des Kabelendverschlusses erforderlich ist. Aus diesem Grund kann eine relativ kleine Pumpe und ein einfaches hydraulisches System benützt werden. Obwohl die Strömungsrichtung des Kühlmittels in der dargestellten Ausfuhrungsform in der Muffe von unten nach oben verläuft, kann gegebenenfalls auch die umgekehrte Strömungsrichtung gewählt werden. Ferner ist es wünschenswert, insbesondere bei Verwendung eines Wärmetauschers, der unterhalb der Umgebungstemperatur arbeitet, die Länge der Rohrleitungen vom Wärmetauscher zu den Eintrittsöffnungen der Muffe möglichst klein zu halten..

In den Fig. 4- bis 8 ist eine weitere Ausführungsform der Er-

- 19 - findung

309838/1 038

AL5P-974-

findung dargestellt, bei der eine 'Vielzahl von Strömungskanälen parallel zur Achse der Muffe zwischen der Isolierung und dem Porsellanisolator ausgebildet ist, um einen Kühlmittelstrom in entgegengesetzten Sichtungen in der Muffe zu erzeugen, wodurch die äußere Rücklaufleitung wegfällt, die bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 verwendet wird. IPig. 4-zeigt eine Kabelendmuffe 200 die im Prinzip gleich aufgebaut ist wie die Kabelendmuffe 22 nach i?ig. 1, jedoch in unterschiedlicher Weise modifiziert ist. übwohl einige Unterschiede im Aufbau der Isolierung die radial durch den Kondensatorstapel 204 begrenzt ist, und am oberen .finde beim Hochspannungsanschluß des Kabels 202 vorhanden sind, sind diese Unterschiede nur konstruktiver Art. weshalb sie nicht im einzelnen erläutert werden.

Dasselbe gilt für den Spannungsentlastungskegel, den Mantel und die Papierrollen, die in der Muffe 200 verwendet werden, ebenso für den Kondensatorstapel 204- und das zugehörige Stützrohr, die alle im wesentlichen in derselben Weise ausgebildet sind wie die entsprechenden Elemente in Fig. 1. Dagegen werden die Merkmale der Muffe 200, die das Kühlsystem betreffen, nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Zunächst soll bemerkt werden, daß die Muffe 2CC nach Pig. 4-ebenfalls in "verbindung mit dem allgemeinen Kühlsystem nach Fig. 1 verwendet werden kann, wobei hier jedoch das Zulaufrohr 4-0 und das Rücklaufrohr 36 beide an den Muffenkörper 206 angeschlossen sind. Der Verteiler 18, der mit dem Rohr 12 und mit dem Haupthydrauliksystem verbunden ist, kann ebenfalls in Verbindung mit der Muffe 200 verwendet werden, er ist aber in Fig. 4- nicht dargestellt, dasselbe gilt für die verschiedenen Halterungen und Rahmenteile, die in übli-

3 O 9 8 3 8 /~1 %°3 8 ' U⁰^

$4 AL5P-9 BlWeise ausgebildet und in F..g. 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nicht gezeigt sind.·

Das öl wird, wie in Fig. 4 durch die Pfeile angezeigt« mittels der Umwälzpumpe 28 und der Zufuhrleitung 40 zu einer inneren Einlaßleitung 2u8 innerhalb des Muffenkörpers 206 geführt durch welches das zugeführte Öl vom Innenraum des Muffenkörpers 206 getrennt wird. Das obere Ende der Einlaßleitung 208 ist an eine Einlaßöffnung 210 eines unteren ringförmigen Verteilers 212 angeschlossen, deren Fig. 8 in Ansicht von unten gezeigt ist. "Jas öl strömt in der Kammer des Verteilers 212 und tritt durch eine Vielzahl von Austrittsoffnungen 214 aus, die am besten in Fig. 7 sichtbar sind. Es sind drei Austrittsoffnungen 214 in symmetrischen Winkelabständen und in gleichen Abständen von der Muffenachse vorgesehen. Jede Austrittsöffnung 214 steht in Verbindung mit einem individuellen axialen Strömungskanal innerhalb des Spaltes 215 zwischen der Außenfläche des Kondensatorstapels 204 und der Innenwand 216 des äußeren Porzellanisolators 2 .3 und zwar über entsprechende Öffnungen 220 in einer trägerplatte 222, die symmetrisch auf einem konzentrischen Kreis liegen und mit den Austrittsoffnungen 214 fluchten. Die einzelnen Strömungskanale 224, in denen das öl nach, oben strömt, sind in Fig. 5 am besten sichtbar und sie werden durch Rippen 226 begrenzt, die parallel zu der Muffenachse verlaufen und in gleichmäßigen Abständen innerhalb des Spaltes 215 angeordnet sind, so daß sie radiale Wände zwischen den Strömungskanälen bilden. Die Rippen 226 können einstückig an den Porzellanisolator 218 angeformt sein oder sie können als Einzelteile ausgebildet und aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt sein.

- ²¹ - Durch

309838/103 8

"ν. ■ AL5P-974

Durch die Rippen 226 werden ferner in Winkel abständen angeordnete Strömungskanäle 228 "begrenzt, durch die das Öl in der Muffe nach unten strömt. Der Übergang des Öles von den Kanälen 224 zu den Kanälen 228 wird durch einen oberen Sammelring 230 bewerkstelligt. Der Hing 23ü der in Fig. 6 am besten zu sehen ist. hat eine Anzahl.von in Umfangsrichtung angeordneten Strömungskanälen 232, die in Form von Kreissegmenten mit? gleichen Abständen ausgebildet sind, welche im wesentlichen mit dem Spalt 215 fluchten. Jeder der Strömungskanäle 232 hat eine Einlaßöffnung 234 an einem Ende und eine AuslaBöf fnung 236 am anderen Ende, wobei «jede Öffnung entsprechend in Verbindung mit den angrenzenden Strömungskanälen 224· und 226 steht. Der Sing 230 hat Trennwände 238, die von seiner unteren Hache ausgehen und in Abständen in Umfangsrichtung an Punkten angeordnet sind, die im wesentlichen mit den Sippen 226 fluchten, um jegliche Querströmung zwischen benachbarten Kanälen außer der durch den Sammelring zu vermeiden. Wenn jedoch die oberen Enden der Rippen oder Trennwände 226 dicht an der unteren Fläche des Verteilerringes 230 anliegen, kann auf die Trennwände 238 verzichtet werden. Ein Deckel 24-0 des Verteil erringe s 230 deckt die Kanäle 232 ab und er kann mit entsprechenden Aussparungen versehen sein, um eine ausreichende Querschnittsfläche für die Strömung zu schaffen und um eine Behinderung der ölzirkulation zu vermeiden* Der Deckel 240 kann ferner eine Aussparung aufweisen die, wie Fig. 4 zeigt, einen gemeinsamen kreisförmigen Kanal bildet, der mit allen Kanälen 232 in Verbindung steht, so daß das aus den Strömungskanälen 224 nach oben strömende Öl sich zwischen den Teilen 230 und 240 vermischt und dann gleichmäßig verteilt

- 22 - über

309838/1038

über die Kanäle 252 zu den Kanälen 228 und durch diese nach unten strömt.

Das Öl strömt somit von den Austrittsöffnungen 236 des Verteilerringes 230 zu und durch die Kanäle 228 nach unten zum unteren ünde des Spaltes 215· Drei kurze axial verlaufende Rohre 242 stehen in Verbindung mit dem unteren jikide von jedem der Strömungskanäle 228 und sie sind in entsprechend ausgerichteten Öffnungen 244 der !Trägerplatte 222 gehalten und erstrecken sich durch Öffnungen 246 im unteren Verteiler 212 hindurch in den Innenraum des Muffenkörpers 206 (Fig. 7)· Wie Fig. 8 zeigt, ragt jedes der Rohr 242 über den Verteiler 212 hinaus, so daß eine vollständige ii'rennung vom Innenraum des Verteilers 212 gewährleistet ist. Das heißt, die Rohre 242 verlaufen durch die Kammer des unteren Verteilers 212 ohne jede Verbindung mit dieser hindurch und führen direkt in den Innenraum des Muffenkörpers 2ü6, der somit vollständig mit dem umlaufenden Öl angefüllt ist. Das Öl fließt dann über die Rohrleitung 36, die an der Wand des .Muffenkörpers 206 nahe beim unteren Ende angeschlossen ist, zum Wärmetauscher 30 zurück.

Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 wird der Öldruck in der Muffe durch das Haupthydrauliksystem des Rohres 12 mit Hilfe von Druckregelventilen und FiI-tern 248 zwischen etwa 14 und 22 kp/cm gehalten, wobei die Ventile 248 mit dem Inneren des Rohres 12 über eine Kammer 250 in Verbindung stehen, die an der Außenseite der inneren Platte 252 gebildet ist und die durch einen Spalt zwischen dem Kabel 202 und einer elastischen Büchse 254 mit dem Öl des Rohres 212 gefüllt ist. Die Platte 252 ist an die Innenfläche der äußeren Platte 256 angeschraubt und trägt

- 25 - · eine

309838/10 3 Ö

eine Stopfbüchse 258 bekannter Bauart, ähnlich derjenigen der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3·

Der untere Verteiler 212 kann am oberen Ende des Muffenkörpers 206 durch Schweißen oder andere geeignete Mittel befestigt sein und der obere Verteilerring 250 kann am oberen .finde des Kondensatorstapeis 204 um das Stützrohr für die Kondensatoren angeordnet und durch eine Distanzbüchse 260 aus irgendeinem stabilen Isoliermaterial geualten und festgeklemmt sein wobei die Büchse 260 mit ihrem oberen Ende an der Innenfläche einer Abschlußplatte 26 ι der Muffe an- ; liegt.

Die Kühlung wird somit durch, die Aufwärts- und Abwärtsströmung (50 % aufwärts und 50 7o abwärts) des Kühlmittels durch die sechs Kanäle (drei Aufwärtskanäle und drei Abwärtskanäle) in dem Ringraum der Muffe zwischen dem Kondensatorstapel und dem Innendurchmesser des Porzellanisolators bewirkt. Das 01, das die Isolierungsbereiche der Muffe ausfüllt und imprägniert, verbleibt im wesentlichen-statisch, da es sich außerhalb der normalen Strömungsbaiin befindet. Die Hohlräume oberhalb des Verteilerringes 230 sind ebenfalls mit 01 unter im wesentlichen statischen D L-uckbe dingungen gefüllt. Diese statischen Druckbereiche werden jedoch ständig mit öl versorgt, da das ganze System gefüllt und abgedichtet ist. Entsprechende O-Ringe und andere Abdichtungen sind vorgesehen. Da vom oberen Ende der Muffe 200 keinerlei Öl abströmt, ist die Muffe am oberen Ende vollständig abgedichtet und es ist ein Sprüh-Schutzsehirm 262 über der Muffe angeordnet, der in Verlängerung der Achse der Muffe eine Öffnung besitzt, durch die sich der Anschlußstutzen 264- für die Freileitung erstreckt.

- 24 - Die

309838/ 1 038

ötrömungskanäle. in denen das Ol nach oben und nach unten strömt. braucnen nicht geradlinig und nicht vertikal verlaufen wie dargestellt, sondern sie könnsn beispielsweise in I'Orm von Rohrleitungen ausgebildet sein, die schraubenlinienförmig von unten nach oben und von oben nach unten uia den Kondensatorstapel gewickelt sind, wodurch man ebenfalls einen im wes entlichen axialen Ji¹IuB durch die Muffe erhält.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann die Strömungsmenge und die Strömungsgeschwindigkeit der umgewälzten Flüssigkeit durch entsprechende Einstellung der Umwälzpumpe 28 oder durch Verwendung geeigneter Ventile in dem geschlossenen Kreislauf eingestellt werden. Abhängig von der Menge der abzuführenden Wärme und von der Art der Anlage kann die umzuwälzende Menge verstellbar oder konstant gewählt werden.

Die Ausfuhrungsform nach den Fig. 1 bis 3 benötigt eine äussere Leitung, in der das 01 von der Hochspannungsseite der Muffe zurückgeführt wird, womit auch ein größerer Platzbedarf als bei der Ausführungsform nach Fig. M- erforderlich ist. die Ausführungsform nach den Fig. '; bis 3 ist aber hinsichtlich der Wärmeübertragung etwas leistungsfähiger als diejenige nach Fig. 4-. Auch ist die Konstruktion der Muffe etwas einfacher als diejenige nach Fig. 4-, da eine Anzahl von Leitungen nicht erforderlich sind und nur einfache Verteiler oben und unten verwendet werden um einen relativ gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom über den Querschnitt des Eingraumes zwischen dem Außendurchmesser des Kondensatorstapels und dem Innendurchmesser des Porzellanisolators zu erreichen. Die Zuleitung der heißen zirkulierenden dielektrischen Flüssigkeit direkt zum Wärmetauscher (gleichgültig

- 25 - ob

309838/1038

ΑΙαΡ-974- <

ob dieser bei umgebungstemperatur oder darunter arbeitet) über eine äußere Leitung reduziert ferner beträchtlich die Flüssigkeitsmenge, die je Minute umgewälzt werden muß, um eine wirksame Kühlung des Kabelendverschlusses zu erzielen.

Wärmeberechnungen bei einem kondensatorgesteuerten Kabelendverschluß für 34-5 KV und einem 2500-mcm-Rohrkabel haben gezeigt.. daß der maximal vom Kabel ständig geführte Strom auf etwa 1200 Ampere begrenzt werden sollte, wenn die Temperatur des Leiters bei kontinuierlichem Betrieb 85°C nicht übersteigt bei einer maximalen Umgebungs-Lufttemperatur von 4-0⁰C. Überlastströme sollten auf etwa I5OO Ampere begrenzt bleiben, wenn die Temperatur des Leiters innerhalb von 100 gehalten wird und zwar für eine Überlastdauer, die 100 Stunden nicht überschreitet.

Wendet man dagegen das erfindungsgemäße Verfahren an, so zeigt sich, daß dasselbe Kabel bzw. derselbe Leiter betriebssicher 1600 Ampere ständig und I85O Ampere als Überlastung führen kann wenn die Temperatur der umgewälzten Flüssigkeit innerhalb der Bohrung des Isolators auf etwa 20 bis 25⁰C gehalten wird. Dies bedeutet eine Steigerung von über 33% bei ständiger Strombelastung und über 23% bei überlast. Der Grad der erforderlichen Kühlung im Wärmetauscher hängt bei einer gegebenen Anlage, wie bereits ausgeführt, von der Temperatur der ümgebungsluft oder eines anderen die Muffe eventuell umgebenden Mittels, der Stärke der Sonneneinstrahlung und dem Zeitintegral des Kabelstromes ab, wobei diese Faktoren nicht nur von Anlage zu Anlage verschieden sind, sondern auch innerhalb einer Anlage variieren können. Falls gewünscht, kann daher das erfindungsgemäße Kühlsystem abhängig von der Belastung oder mittels eines

- 26 - geeigneten

309 838/1Q38

geeigneten Thermostaten programmiert werden, um die erforderliche Kühlung zu erhalten.

Bei den orfindungsgemäßen Kabelendverschlüssen ist es erwünscnt wie oben bereits erwähnt, die katalytisch wirksamen Metallteile, die mit der dielektrischen Flüssigkeit in Berührung kommen könnten, mit einem nicht aktiven metallischen oder nicht metalliscnen Material zu überziehen. Beispielsweise können Teile aus Stahl, Kupfer oder Kupferlegierungen heiß verzinnt werden, wodurch die Flüssigkeit gegen die katalytische Wirkung dieser Metalle geschützt ist. Wenn gewünscht kann ferner das Verteilersystem innerhalb des Muffenkörpers mit geeigneten Leitblecnen, z.B. in der Form eines Kegels versehen sein, der um den Spannungsentlastungskegel (stress relief cone) und das Kabel innerhalb des Eintrittsabschnittes der Muffe angeordnet ist, um die Basis der Muffe wirksamer zu kühlen. Derartige 'frennbleche verhindern irgendwelche Erosionswirkungen des fließenden Öles auf das Kabel und das Papier und sie können hydraulisch über Ventile und Filter mit dem Olsystem der Muffe in Verbindung stehen.

Die bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem verwendete dielektrische Flüssigkeit ist zweckmäßigerweise identisch mit dem Öl des Kabelsystems. Es kann jede mineralische oder synthetische isolierende Flüssigkeit verwendet werden, die sich als dielektrische Flüssigkeit eigneb und eine ausreicnend niedrige Viskosität hat, um bei den vorhandenen Betriebstemperaturen leicht fließfähig zu sein.

Die Erfindung eignet sich auch für ein System zum Umwälzen

- 27 - einer

309838/1038

AL5P-974-

eiiier dielektrischen Flüssigkeit axial durch, den Kabelendverschluß von Kabelsystemen, die mit niedrigem Druck und statischem Öl arbeiten, wodurch ebenfalls eine beträchtliche Steigerung der Stromübertragungskapazität des Kabels innerhalb der Muffe und damit eine wirksame Steigerung der Energieübertragung des gesamten Kabelsystems erreichbar ist.

- 28 - Patentansprüche

309838/1038

Claims (19)

1. iS AL5P-974-

   Patentansprüche

   Anordnung zum Kühlen von Kabelendverschlüssen, mit einer Kabelendmuffe, die eine Isolierung um den Leiter des Kabels aufweist, einem äußeren Isolator, der um diese Isolierung angeordnet ist und mit einem Bereich niedriger elektrischer Feldstärke relativ zu den anderen Bereichen der Kabelendmuffe, der radial zwischen der Außenfläche der Isolierung und der Innenfläche des äußeren Isolators liegt und sich im wesentlichen über die Länge der Kabelendmuffe erstreckt, dadurch gekennzeichne t,daß die Kabelendmuffe (22, 200) einen Strömungskanal (78, 215) aufweist, der vollständig innerhalb des Bereiches mit niedriger elektrischer Feldstärke liegt, daß eine Pumpe (28) und ein Wärmetauscher (30) vorgesehen sind, um eine isolierende, dielektrische Flüssigkeit in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf durch den Strömungskanal zu fördern und zu kühlen, wobei die Umwälzung der dielektrischen Flüssigkeit, die in Längsrichtung der Isolierung (114, 118) durch die Kabelendmuffe strömt, im wesentlichen auf den Bereich mit niedriger elektrischer Feldstärke beschränkt ist.

   309838/1038

   AL5P-974-
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzung der dielektrischen Flüssigkeit im wesentlichen auf den Kabelendverschluß ■beschränkt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelendmuffe (22, 200) einen ringförmigen Kondensatorstapel (84, 204) aufweist, der konzentrisch um die Isolierung (1-14, 118) angeordnet ist, und daß der Strömungskanal (78, 215) in einem Spalt zwischen der äußeren Umfangsflache des Kondensatorstapels und der Innenwand (80, 216) des äußeren Isolators (24, 218) liegt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (78, 215) zylindrisch um die Achse der Kabelendmuffe (22, 200) verläuft, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die dielektrische Flüssigkeit in nur einer Axialrichtung durch den Strömungskanal (78) zu führen.
5. 5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Leitung (34) zum Rückführen der Flüssigkeit, deren eines Ende mit dem Strömungskanal (78)" an der Hochspannungsseite der Kabelendmuffe (22) und deren anderes Ende mit dem Wärmetauscher (30) verbunden ist, ferner dadurch, daß die Leitung (34) außerhalb der Kabelendmuffe (22) angeordnet ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Leitung (34) mit einem Isolator versehen ist.

   309838/1038

   AL5P-974
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelendmuffe (22, 200) an ihrem geerdeten Ende angrenzend an den äußeren Isolator (24, 218) einen hohlen Abschnitt (26, 206) aufweist, mit dem zur Umwälzung der Flüssigkeit Leitungen (4-0, 36) verbunden sind, und daß zwischen dem Abschnitt (26, 206) und dem Strömungskanal (78, 215) ein Verteiler (88, 212) angeordnet ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelendmuffe (22, 200) am oberen Ende des Stromungskanales (78, 215) mit einem weiteren VertedLer (96, 230) versehen ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 7 ·> dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (215) aus einer Vielzahl separater Leitungen (224-, 228) gebildet ist, und daß der Verteiler (212) Einrichtungen (208, 210; 24-2) aufweist, um die Flüssigkeit in wenigstens einer der Röhren in einer Axialrichtung und in wenigstens einer anderen Röhre in entgegengesetzter Axialrichtung zu führen.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (230) mit den Leitungen (224, 228) in Verbindung steht und mit Einrichtungen (232) versehen ist, um die Flüssigkeit aus den Leitungen (224) in die Leitungen (228), oder umgekehrt, umzulenken.
11. 11. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Filter vorgesehen sind, um die dielektrische Güte der Flüssigkeit aufrecht zu erhalten.

    309838/10 38

    AX5P-974
12. 12. Anordnung nach einem oder.mehreren der vorhergehenden Ansprüche.. zur Verwendung mit einem mit isolierender Flüssigkeit gefüllten Rohr-Kabel-System, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Muffenabschnitt (26, 206) und dem Rohr-Kabel-System (12) Ventile (138, 248) angeordnet sind, um die Flüssigkeit innerhalb der Kabelendmuffe im wesentlichen auf dem Druck der Flüssigkeit innerhalb des Rohr-Kabel-Systems (12) zu halten.
13. 13· Verfahren zum dynamischen Kühlen eines elektrischen Ka belendverschlusses nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende, dielektrische !Flüssigkeit axial durch die Kabel endmuffe innerhalb eines Bereiches niedriger elektrischer Feldstärke geführt wird, daß die Flüssigkeit aus serhalb der Kabelendmuffe gekühlt und danach wieder in die letztere zurückgeführt wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zwischen der Isolierung und dem äußeren Isolator der Kabelendmuffe hindurch geleitet wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nur in einer Richtung axial durch die Kabelendmuffe hindurch geführt wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit am normalerweise geerdeten Ende in die Kabelendmuffe eingeleitet und

    309838/1038

    231298t

    an ihrem Hochspannungsende aus ihr abgeführt wird*
17. 17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einander entgegengesetzten Axialrichtungen durch die Kabelendmuffe geführt wird»
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zunächst in einer Axialrichtung durch die Kabelendmuffe geführt dann umgelenkt und dann in entgegengesetzter Axialrichtung zurückgeführt wird und daß sie in die Kabelendmuffe an deren normalerweise' geerdeten Ende zugeführt und abgeführt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 13, zur Verwendung mit einem ölgefüllten Rohr-Kabel-System, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Flüssigkeit innerhalb der Kabelendmuffe mittels einer Reguliereinrichtung im wesentlichen auf dem Druck des Rohr-Kabel-Systems gehalten wird.

    309838/1038

    Leerseite