DE2437279C2 - Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel mit einem korrosionsfesten Kühlmittelrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluniiniumleiter mit innen anliegendem, einen Hohlkanal für das Kühlmittel umschließendem, nicht gewelltem Rohr, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durehmescr des Hohlkanals mindestens 60 mm ist.

Bei einem derartigen, in einer älteren Patentanmeldung vorgeschlagenen Hochspannungs-Energiekabel (s. DE-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 F-'ortlcitung des Kühlwassers selbst bilde! und somit aus einem elektrisch pul leitenden Material wie beispielsweise Aluminium besieht, ergibt sich die Gefahr, daß der Leiter von dem Kühlwasser angegriffen wird und im Laufe der /eil clurchkorrodiert. Außerdem ergeben sich bei allen Verbindungsstellen, an denen die Loslänge des Kabels aneinandergeschweißt sind, Probleme, wenn der als Wasserrohr dienende elektrische Leiter und die um die rohrförmige Leiter verseilten, zusätzlich zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts dienenden Formdrähte aus demselben Material bestehen, da in diesen Fällen die Dichtigkeit der Rohrschweißnaht nicht oder nur schwer zu gewährleisten ist; denn beim Verschweißen der äußeren Formdrähtc wird wiederum die Rohrschweißnaht des inneren rchrförmigen 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 Wassergeschwindigkeii undicht werden kann.

Nun ist bereits ein elektrisches Kabel bekannt, bei dem innerhalb des Leiters ein mit im Kreislauf geführtem Wasser gefülltes, biegbares Rohr angeordnet ist, das das Wasser hermetisch trennt von der ölimprägnierten Papierisolierung und den darin angeordneten Kanälen für die Ölversorgung (DE-OS 22 52 926). Es ist auch beiläufig erwähnt, daß das Kühlmiltelrohr auo biegbarem Material hergestellt ist.

z. B. aus Kupfer, Aluminium oder V2A-Stahl, aber die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile die damit verbunden sind, daß der elektrische Leiter gleichzeitig auch zur Fortleitung des Kühlmittels Wasser dient, sind hier nicht weiter erkannt und abgehandelt. Außerdem besteht bei dieser Kabelkonstruktion der zylindrische Leiter aus einzelnen Segmenten, und das Kühlmittelrohr ist in der bevorzugten Ausführungsform mit einer wendelförmig laufenden Wcllung ausgebildet. Zwar bilden seine dem Leiter zugewandten Wellentäler und einzelne zwischen den Segmentgruppen des Leiters angeordnete, längslaufendc Kanäle die Kanäle für die Ölversorgung der Papierisolicrung, aber bei einer Undichtigkeit des Kühlwasserrohrcs gelangt das Kühlwaser unmittelbar über das Öl in die Papierisolierung und führt damit zu einer direkten Zerstörung des Kabels.

Weiler ist bereits ein nicht gekühltes elektrisches Kabel bekannt, bei dem im äußeren Kabelmantel in Längsrichtung verlaufende Kanäle angeordnet und mit

so einem flüssigen oder gasförmigen Leckanzcigemittel gefüllt sind (US-PS 30 86 069). Sie dienen zur Leckanzeige im äußeren Kabelmantel und damit zur Anzeige von von außen in die Kabelisolierung eindringender Feuchtigkeit. Eine Innenkühlung des Kabels liegt nicht vor.

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem nicht nur das Kühlmittelrohr korrosions- und erosionsfest ist, sondern bei dem eine trotzdem auftretende Undichligkeil des Kühlmittelrohres nicht zu einem unkontrollierten Austritt des Kühlmittels in die Isolierung und zur Zerstörung des Kabels führt, sondern eine rechtzeitige Fehleranzeige

h'i erfolgt und Abhilfe ermöglicht.

Erfindungsgcmäß wird die AufiMbe dadurch gelost. daß bei einem Kühlmittclrohr aus Edelstahl oder Titan und einem als aufgeschrumpftes Rohr ,l

Leiter an der Übergunpsfläehe zwischen dem Kühlmitlelrohr und dem rohrförmigen elektrischen Leiter in Längsrichtung des Kabels verlaufende Kanäle angeordnet sind.

Durch die Verwendung von Edelstahl oder Titan wird eine Korrosion des Waserrohres weitgehend ausgeschlossen, so daß über die gesamte Lebensdauer des Kabels, die normalerweise 40 |ahrc betragen soll, das Wasser von der elektrischen Isolierung abgesperrt bleibt. Weiterhin ist es auf Gmnd 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 Kupier sowie die Leiterverbindungen leicht und sicher herstellen. Da das aus Edelstahl bestehende, den Hohikana! bildende Wasserrohr verschweißt wird, nachdem de;- 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 Edclstahlrohr mehrmals auf- und abgetrommelt werden muß und das Edelstahlrohr wesentlich biegesteifer als ein entsprechendes Aluminiumrohr ist, besteht die Gefahr, daß beim Biegen des Edelsiahlrohres Ovalitäten auftreten, die jedoch unerwünscht sind, weil sie zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes und eventuell zu Beschädigungen des Edelstahlrohres führen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb zweckmäßig, wenn das kühlmiltelrohr 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 Rohrquerschnitt auftreten, biegen, d. h. auf- und abtrommeln, wobei jedoch ein Biegekerndurchmesser von etwa 3,5 m eingehalten werden sollte.

Sollte trotz der Ausbildung des Kühlmittelrohres aus Edelstahl oder Titan eine Undichtigkeit des Kühlmittelrohres auftreten, dann kann durch die an der Übergangsfläche zwischen dem Kühlmittelrohr und dem Leiter in Längsrichtung des Kabels verlaufenden Kanäle das als Kühlmittel dienende Wasser längs dem elektrischen Leiter zu den Endverschliissen zur Fehleranzeige fließen. Bei der Ausbildung dieser Längskanälc kann es vorteilhaft sein, sie in der Innenfläche des rohrförmigen elektrischen Leiters z. B. in Rillenform anzuordnen.

Ein Verfahren zum Herstellen eines wassergekühlten t>o 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 clic einzelnen kurzen hi 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 Kühlmittelrohrs, in die aneinanderstoßenden Enden der elektrischen Leiter die Schweißstelle überbrückend und die Längskanäle der elektrischen Leiter verbindend einge setzt 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 Kühlmittelrohr, 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 Herstellungsprozesses unter Innendruck gesetzt wird. Dieser Überdruck kann beispielsweise mit Hilfe einer Flüssigkeit erzielt werden. Dadurch, daß im Innern des Kühlmittelrohrs. z.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, 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

Fig. I einen Querschnitt durch das wassergekühlte Hochspannungs-Energiekabel mit rohrförmigen! elektrischen Leiter.

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie Ill-Ill in Fig. 1.

Das wassergekühlte Hochspannungs-Er.ergickabel besteht aus einem inneren Kühlmittelnhr 1, z. B. aus Edelstahl, das zur Fortführung des Kühlmittels Wasser 2 dient. Auf dieses Kühlmittelrohr i 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 Leiterquerschnilt des als elektrischer Leiter dienenden Aluminiumrohrs 3 auf und stellen gleichzeitig einen federnden Kontakt zu einer elektrischen Isolierung 5 her. die beispielsweise eine Öl-Papicrisolierung sein kann. Zwischen der elektrischen Isolieiung 5 und der aus den Formdrähten 4 gebildeten Lage ist zur Verhinderung von Felderhöhungen eine Leiterglättung 6 angeordnet. Di" aus dem Ecielstahlrohr 1, dem aus dem Aluminiumrohr 3 und den Aluminiumdrähten 4 gebildeten elektrischen Leiter, der Leiterglättung 6 und der elektrischen Isolierung 5 bestehende Kabciseclc ist von einer elektrischen Abschirmung 7 umgeben und in einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Wellroiir ·" L-ingezo^rn Auf dem Aluminium-Wdiiolu 8 ist zur Verhinderung von Korrosion und Untieren

mechanischen Beschädigungen eine plastische Masse 9 und ein PVC'-Mantel 10 aufgebracht

Was die Ausbildung und Anordnung ties elektrischen Leiters betrifft, der im dargi stellten Beispiel aus dem Aluminiumrohr 3 und tier Lage Aluminiumdrähle 4 gebildet ist, so stillte er einen großen elektrisch wirksamen Querschnitt besitzen, um einen möglichst hohen Übcrgangsstrom zuzulassen: dabei sollte die Wandstärke des elektrischen Leiters bei Verwendung von Aluminium 15 mm und dessen l.eilerquerschnitt wenigstens 3200 mm- betragen und tier Durchmesser des durch den Aluniiniumleiier gebildeten llohlkanals sollte mindestens bO mm, insbesondere gleich otler größer 70 mm sein. I her ist das Aluminiumrohr 3 auf tlas Rdclstahlrohr I aufgeschrumpft, so daß an jeder Stelle des Kabels ein guter Wärniekontakt zwischen dem Rdelstahl I und dem Aluminiumrohr gewährleistet ist und somit örtliche LJberhitzungen vermieden werden.

Damit bei einem Leck im Kühlmittelrohr das austretende Kühlmittel auch bis zu den Kabelendver-

.TClltüSSCn gCitiii^Cii ι\(ΐΓΐΠ, Sinti ΪΠ viCr ι MuCiM i«c iiC ■ t iiCi Aluminiumrohrs 3 Kanäle 12 vorgesehen, die in Richtung der Kubelachse verlaufen.

Wie aus ("ig. 2 ersichtlich ist. werden einzelne Kabellängen 16, 17 des erfindungsgemäßen Kabels durch Verschweißen der aneinanderstoßenden Linien vom Kühlmittelrohr i und dem elektrischen Leiter, d. h. dem Aluminiumrohr 3 und den Aluminiumformdrählen 4, miteinander verbunden. Dabei ist an der Schweißstelle 18 in die Längskanäie 12 des elektrischen Leiters jeweils ein Röhrchen 19 zum Verbinden der Längskanä-Ie 12 durch die Schweißstelle hindurch hineingeschoben. Oberhalb der Schweißstelle I« ist ihr elektrische Isolierung S konisch abgesetzt und cmc übliche Muffenwicklimg vorgesehen. Dabei wird ,in der Verbindungsstelle cl.is Wellrohr 8 durch ein iingew elites Rohrstiick 8,i ersetzt.

Das Herstellungsverfahren des wassergekühlten I lochspannungs-l-lnergiekabels unterscheide! sieh \on den üblichen bekannten Herstellungsverfahren im wesentlichen dadurch,daß darauf geachtet werden muß. daß während der Kabelleriigiing dutch die mehrfach erforderlichen Auf- und Abwiekelvorgange nach und vor jeder !-"crtipiinpsstufo. beispielsweise vor dem Aufschrumpfen t'-s Aluminiumrohres 5. dem llinwik kein des Alumimtimrohres }, dem I imvnkeln der Aluminium-Drahtlagen 4, dem Aufbringen tier elektrischen Isolierung 5 usw.. im (Querschnitt des Kühlmittel rohres I aus IuIcIs'.ihl oder Titan keine Ovalitäten oder Knickungen auftreten. Zur Verhinderung derartiger Verformungen des Querschnitts ties Kuhlmiitelrohrs I

HV-ICIl HC ΛΪ*. I

weise mit Hilfe einer I lüssigkeil ein I Iberdruck erzeugt wird, so tlaß im Inneren ties Kuhlmittelrohres I ein dem Verformungsdruck entgegengesetzter Druck herrscht, tier die äußeren Verformungskrälte kompensiert. Da tierai ./C Verformung'.ki.iftc im wesentlichen nur bei dem Aul- und Abwickeln des Kühlniitielrohres I während tier l'ertigung und beim Verlegen des fertigen Kabeis auftreten, kann es ausreichend ν in wenn nur währe v,j dieser Auf- und Abwicki-Ivorgange ein innerer Überdruck erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluminiumleiter mit innen anliegendem, einen Hohlkanal für das Kühlmittel umschließendem, nicht gewelltem Rohr, einer den Leiter außen umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals mindestens 60mm ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kühlmittelrohr (1) aus Edelstahl oder Titan und einem als aufgeschrumpftes Rohr (3) ausgebildeten Leiter an der Übergangsfläche (11) zwischen dem Kühlmittelrohr (1) und dem rohrförmigen elektrischen Leiter (3) in Längsrichtung des Kabels verlaufende Kanäle (12) angeordnet sind.
2. 2. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelrohr (1) bei der Verwendung von Edelstahl' jinc Wandstärke von etwa 2 bis 3,6 mm aufweist
3. 3. Wassergekühlte Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in der Innenfläche des rohrförmigen elektrischen Leiters (3) eingearbeitet sind.
4. 4. Verfahren /um Herstellen eines wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kühlmiltelrohr (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 Kühlmitielrohres. in die aneinanderstoßenden Enden der elektrischen Leiter die Schweißstelle überbrückend und die Längskanälc der elektrischen Leiter verbindend eingesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittclrohr (1) beim Auf- oder Abtrommeln während des Herstellungsprozesses unter Innendruck gesetzt wird.