DE2437279B2

DE2437279B2 - Wassergekuehltes hochspannungs- energiekabel mit einem korrosionsfesten kuehlmittelrohr

Info

Publication number: DE2437279B2
Application number: DE19742437279
Authority: DE
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1974-08-02
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2437279A1; DE2437279C3; US3989884A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabei, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluminiumleiter mit innen anliegendem abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leitet außen umgebenden elektrisehen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals mindestens mm ist.

Bei einem derartigen, in einer älteren Patentanmeldung vorgeschlagenen Hochspannungs-Energiekabei (s. DT-AS 23 17 013) wird der elektrische Leiter von innen mit Wasser gekühlt, wobei aber grundsätzliche Schwierigkeiten auftreten können; denn bei einem elektrischen Leiter, der den Hohlkanal zur Fortleitung des Kühlwassers selbst bildet und somit aus einem elekfrisch gut leitenden Material wie beispielsweise Aluminium besteht, ergibt sich die Gefahr, daß der Leiter von dem Kühlwasser angegriffen wird und im Laufe der Zeit durchkorrodiert Außerdem ergeben sich bei allen Verbindungsstellen, an denen die Loslänge des Kabels aneinander geschweißt sind, Probleme, wenn der als Wasserrohr dienende elektrische Leiter und die um die rohrfcrmige Leiter verseilten, zusätzlich zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts dienenden Fornidrähte aus demselben Material bestehen, da in diesen Fällen die Dichtigkeit der Rohrschweißnaht nicht oder nur schwer zu gewährleisten ist; denn beim Verschweißen der äußeren Formdrähte wird wiederum die Rohrschweißnaht des inneren rohrförmigen elektrischen Leiters erhitzt, und zwar auf die Erweichungstemperatur des Materials des rohrförmigen Leiters. Weiterhin muß bei dem aus dem elektrischen Leitermaterial bestehenden rohrförmigen Leiter darauf geachtet werden, daß alle weiteren Metallteile im Kühlkreislauf in der Spannungsreihe untereinander sehr nahe benachbart sind, um eine Elementbildung in dem Kreislauf zu vermeiden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß der rohrförmige elektrische Leiter durch Erosion auf Grund der hohen Wassergeschwindigkeit undicht werden kann.

Ausgehend von den vorstehenden Schwierigkeiten und Nachteilen, die damit verbunden sind, daß der elektrische Leiter gleichzeitig auch zur Fortleitung des Kühlmittels Wasser dient, liegt der Erlindung die Aufgabe zugrunde, ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabei der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Hohlkanal zur Fortführung des Kühlmittels korrosions- und erosionsfest ist, dessen Material eine wesentlich höhere Schweißtemperatur als die des elektrischen Leiters hat und dessen Material mit den üblichen Leitermaterialien, wie Aluminium und Kupfer, kein elektrisches Element bildet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hohlkanal als Kühlmittelrohr aus Edelstahl oder Titan ausgebildet und um dieses der Aluminiumleiter als Rohr aufgeschrumpft ist.

Durch die Verwendung von Edelstahl oder Titan wird eine Korrosion des Wasserrohres weitgehend ausgeschlossen, so daß über die gesamte Lebensdauer des Kabels, die normalerweise 40 Jahre betragen soll, das Wasser von der elektrischen Isolierung abgesperrt bleibt. Weiterhin ist es auf Grund der Verwendung z. B. von Edelstahl gleichgültig, welche anderen Materialien im weiteren Kühlkreislauf eingesetzt werden, denn es ist bekannt, daß Kupfer und Edelstahl oder Aluminium und Edelstahl ohne Schwierigkeiten miteinander kombiniert werden können. Damit wird weiterhin ermöglicht, daß die Stromabnahmestelle hinter dem Endverschluß des wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels auch aus Kupfer sein kann, so daß dort eine gute Kühlwirkung für die nicht mehr gekühlten Stromabgänge vorliegt. Zudem läßt sich der Kontakt zwischen dem Kupferrohr und den Stromabgängen aus Kupfer sowie die Leiterverbindungen leicht und sicher herstellen. Da das aus Edelstahl bestehende, den Hohlkanal bildende Wasserrohr verschweißt wird, nachdem der darüber befindliche elektrische Leiter abgesetzt worden ist, kann die Schweißnaht danach leicht überprüft werden, und bei dem nachträglichen Verschweißen oder Löten des elektrischen Leiters besteht keine Gefahr, daß die Rohrschweißnaht wieder aufgeht, da die Schweißtemperaturen beider Materialien weit genug auseinander liegen.

Da während des Herstellungsprozesses des Hochspannungs-Energiekabels das Edelstahlrohr mehrmals auf- und abgetrommelt werden muß und das Edelstahlrohr wesentlich biegesteifer als ein entsprechendes

Aluminiumrohr ist, besteht die Gefahr, daß beim Biegen des Edelstahlrohres Ovalitäten auftreten, die jedoch unerwünscht sind, weil sie zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes und eventuell zu Beschädigungen des Edelstahlrohres führen. Nach ein;r weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb zweckmäßig, wenn das Kühlmittelrohr bei der Verwendung von Edelstahl eine Wandstärke von etwa 2 bis 3,6 mm aufweist; denn in diesem Wandstärkebereich läßt sich das Edelstahlrohr mehrmals, ohne daß merkliche Veränderungen im Robrquerschnitt auftreten, biegen, d. h. auf- und abtrommeln, wobei jedoch ein Biegekerndurchmesser von etwa 3,5 mm eingehalten werden sollte.

Damit bei einer Und.chtigkeit des Kühlmittelrohres auch bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des elektrisehen Leiters das Wasser längs dem elektrischen Leiter zu den Endverschlüssen zur Fehleranzeige fließen kann ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, wenn an der Übergangsfläch? zwischen dem Kühlmittelrohr und dem rohrförmigen elektrisehen Leiter in Längsrichtung des Kabels verlaufende Kanäle angeordnet sind. Dabei kann es vorteilhaft sein. die Längskanäle in der Innenfläche des rohrförmigen elektrischen Leiters z. B. in Rillenform anzuordnen.

Ein Verfahren zum Herstellen eines wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels gemäß der Erfindung besteht darin, daß auf das Kühlmittelrohr der rohrförmige elektrische Leiter, beispielsweise in einer Strangpresse, aufgeschrumpft und anschließend isoliert sowie ummantelt wird und daß dann die einzelnen kurzen kabeilängen durch Verschweißen miteinander zum gesamten Kabel verbunden werden und vor dem Verschweißen Röhrchen aus einem Material mit höherer Wärmefestigkeit als der des elektrischen Leiters, vorzugsweise aus dem Material des Kühlmittelrohrs, in die aneinanderstoßenden Enden der elektrischen Leiter die Schweißstelle übe-brückend und die Längskanäle der elektrischen Leiter verbindend eingesetzt werden.

Durch das Aufschrumpfen des rohrförmigen Leiters entstehen in diesem Zugspannungen, wodurch ein Knicken des Edelstahlrohrs beim weiteren Biegen in der Fertigung über kleine Biegekerne verhindert wird. Weiterhin wird durch das Aufschrumpfen des Leiterrohrs auch bei den im Betrieb durch das unterschiedliche thermische Verhalten, z. B. von Stahl und Aluminium, zu erwartenden Wärmespielen an jeder Stelle des Kabels ein guter Wärmekontakt zwischen dem Kühlmitteirohr, z. B. aus Edelstahl, und dem Leiterrohr aus Aluminium gewährleistet, so daß örtliche Überhitzungen vermieden werden. Durch das Überbrücken der Schweißstellen mit den Röhrchen kann das Kühlmittel im Falle eines Lecks im Kühlmittelrohr auch dann durch die die Längskanäle des elektrischen Leiters versperrenden Schweißstellen hindurch zu den Endverschlüssen strömen. Da die Röhrchen rechts und links von der zu verschweißenden Stelle weit in die Längskanäle hineinreichen, wird mit Sicherheit ein Zuschweißen der Längskanäle verhindert. Weiterhin kann es erfindungsgemäß zweckmäßig sein, wenn das Kühlmittelrohr beim Auf- oder Abtrommeln während des Her-Stellungsprozesses unter Innendruck gesetzt wird. Dieser Überdruck kann beispielsweise mit Hilfe einer Flüssigkeit erzielt werden. Dadurch, daß im Inneren des Kühlmittelrohrs, ζ. B. aus Edelstahl, ein Überdruck herrscht, wird erreicht, daß in der Fertigung beim Biegen des Edelstahlrohrs über kleinere Biegekerne Querschnittsveränderungen, d. h. Ovalitäten oder Knickungen des Edelstahlrohrs, auch dann vermieden werden,

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wenn ein Edelstahlrohr mit einer relativ dünnen Wandstärke, d. h. beispielsweise mit einer Wandstärke von etwa 1,5 mm, verwendet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch das wassergekühlte Hochspannungs-Energiekabe! mit rohrförmigem elektrischen Leiter,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie ΙΙΪ-ΙΙΙ in Fig-1.

Das wassergekühlte Hochspannungs-Energiekabel besteht aus einem inneren Kühlmittelrohr 1, z. B. aus Edelstahl, das zur Fortführung des Kühlmittels Wasser 2 dient. Auf dieses Kühlmittelrohr 1 ist im Strangpreßverfahren als elektrischer Leiter ein Aluminiumrohr 3 aufgeschrumpft; auf dessen Umfang ist z. B. noch eine gewickelte Lage von trapezförmigen Aluminiumformdrähten 4 aufgebracht. Diese Aluminiumformdrähte füllen den Leiterquerschnitt des als elektrischer Leiter dienenden Aluminiumrohrs 3 auf und stellen gleichzeitig einen federnden Kontakt zu einer elektrischen Isolierung 5 her, die beispielsweise eine Öl-Papierisolierung sein kann. Zwischen der elektrischen Isolierung 5 und der aus den Formdrähten 4 gebildeten Lage ist zur Verhinderung von Felderhöhungen eine Leiterglättung 6 angeordnet. Die aus dem Edelstahlrohr 1, dem aus dem Aluminiumrohr 3 und den Aluminiumdrähten 4 gebildeten elektrischen Leiter, der Leiterglättung 6 und der elektrischen Isolierung 5 bestehende Kabelseele ist von einer elektrischen Abschirmung 7 umgeben und in einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Wellruhr 8 eingezogen. Auf dem Aluminium-Wellrohr 8 ist zur Verhinderung von Korrosion und äußeren mechanischen Beschädigungen eine plastische Masse 9 und ein PVC-Mante! 10 aufgebracht.

Was die Ausbildung und Anordnung des elektrischen Leiters betrifft, der im dargestellten Beispiel aus dem Aluminiumrohr 3 und der Lage Aluminiumdrähte 4 gebildet ist, so sollte er einen großen elektrisch wirksamen Querschnitt besitzen, um einen möglichst hohen Übergangsstrom zuzulassen; dabei sollte die Wandstärke des elektrischen Leiters bei Verwendung von Aluminium 15 mm und dessen Leiterquerschnitt wenigstens 3200 mm² betragen und der Durchmesser des durch den Aluminiumleiter gebildeten Hohlkanals sollte mindestens 60 mm, insbesondere gleich oder größer 70 mm sein. Hier ist das Aluminiumrohr 3 auf das Edelstahlrohr 1 aufgeschrumpft, so daß an jeder Stelle des Kabels ein guter Wärmekontakt zwischen dem Edelstahl 1 und dem Aluminiumrohr gewährleistet ist und somit örtliche Überhitzungen vermieden werden.

Damit bei einem Leck im Kühlmittelrohr das austretende Kühlmittel auch bis zu den Kabelendverschlüssen gelangen kann, sind in der Innenfläche 11 des Aluminiumrohrs 3 Kanäle 12 vorgesehen, die in Richtung der Kabelachse verlaufen.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, werden einzelne Kabellängen 16, 17 des erfindungsgemäßen Kabels durch Verschweißen der aneinander stoßenden Enden vom Kühlmittelrohr 1 und dem elektrischen Leiter, d. h. dem Aluminiumrohr 3 und den Aluminiumformdrähten 4, miteinander verbunden. Dabei ist an der Schweißstelle 18 in die Längskanäle 12 des elektrischen Leiters jeweils ein Röhrchen 19 zum Verbinden der Lärigskanäle 12 durch die Schweißstelle hindurch hineingeschoben. Oberhalb der Schweißstelle 18 ist die elektrische Isolierung 5 konisch abgesetzt und eine übliche Muffenwicklung vorgesehen. Dabei wird an der Verbindungsstelle

das Wellrohr 8 durch ein ungewelltes Rohrstück 8a ersetzt.

Das Herstellungsverfahren des wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels unterscheidet sich von den üblichen bekannten Herstellungsverfahren im wesentlichen dadurch, daß darauf geachtet werden muß, daß während der Kabelfertigung durch die mehrfach erforderlichen Auf- und Abwickelvorgänge nach und vor jeder Fertigungsstufe, beispielsweise vor dem Aufschrumpfen des Aluminiumrohres 3, dem Umwickeln des Aluminiumrohres 3, dem Umwickeln der Aluminium-Drahtlagen 4, dem Aufbringen der elektrischen Isolierung 5 usw., im Querschnitt des Kühlmittelrohres 1 aus Edelstahl oder Titan keine Ovalitäten oder Knikkungen auftreten. Zur Verhinderung derartiger Verformungen des Querschnitts des Kühlmittelrohrs 1 ist es vorteilhaft, wenn im Inneren desselben beispielsweise mit Hilfe einer Flüssigkeit ein Überdruck erzeugt wird, so daß im Inneren des Kühlmittelrohres 1 ein dem Verformungsdruck entgegengesetzter Druck herrscht, der die äußeren Verforinungskräfte kompensiert. Da derartige Verformungskräfte im wesentlichen nur bei dem Auf- und Abwickeln des Kühlmittelrohres 1 während

ίο der Fertigung und beim Verlegen des fertigen Kabels auftreten, kann es ausreichend sein, wenn nur während dieser Auf- und Abwickelvorgänge ein innerer Überdruck erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluminiumleiter mit innen anliegendem abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter außen umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals mindestens 60 mm ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkanal als Kühlmittelrohr (1) aus Edelstahl oder Titan ausgebildet und um dieses der Aluminiumleiter als Rohr (3) aufgeschrumpft ist.

2. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabei nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelrohr (1) bei der Verwendung von Edelstahl eine Wandstärke von etwa 2 bis 3,6 mm aufweist.

3. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabei nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangsfläche (11) zwischen dem Kühlmittelrohr (1) und dem rohrförmigen elektrischen Leiter (3) in Längsrichtung des Kabels verlaufende Kanäle (12) angeordnet sind.

4. Wassergekühlte Hochspannungs-Energiekabei nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in der Innenfläche des rohrförmigen elektrischen Leiters (3) eingearbeitet sind.

5. Verfahren zum Herstellen eines wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kühlmittelrohr (1) der rohrförmige elektrische Leiter (3) aufgeschrumpft, dieser isoliert sowie ummantelt wird und daß dann die einzelnen kurzen Kabellängen durch Verschweißen miteinander zum gesamten Kabel verbunden werden und vor dem Verschweißen Röhrchen aus einem Material mit höherer Wärmefestigkeit als der des elektrischen Leiters, vorzugsweise aus dem Material des Kühlmittelrohres, in die aneinanderstoßenden Enden der elektrischen Leiter die Schweißstelle überbrückend und die Längskanäle der elektrischen Leiter verbindend eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelrohr (1) beim Auf- oder Abtrommeln während des Herstellungsprozesses unter Innendruck gesetzt wird.