DE2448717C2

DE2448717C2 - Gleichstromkabelsystem von drei parallel verlaufenden Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungskabeln mit innerer Wasserkühlung

Info

Publication number: DE2448717C2
Application number: DE19742448717
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 5000 Köln Rasquin
Original assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Priority date: 1974-10-12
Filing date: 1974-10-12
Publication date: 1983-03-17
Also published as: DE2448717A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichstromkabelsystem, bestehend aus mehreren Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit innerer Wasserkühlung, deren vom Kühlmittel durchflossene Leiter an ihrem Umfang und Ende an Kühlstationen mit Umwälzpumpen angeschlossen sind.

Ein derartige- Kabelsystem ist beispielsweise aus der CH-PS 3 27 471 oder der DE-AS 10 67 099 bekannt. Normalerweise werden bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung zwei Adern benutzt, um keinen Strom über Erde führen _u müssen. Werden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel mit innerer Wasserkühlung für diese Übertragung vorgesehen, dann ist der Einsatz von zwei Kabeln auch wegen der Wasserrückführung sehr günstig, da das Wasser in dem zweiten Kabel zurückgepumpt werden kann. In diesem Fall entfällt ein getrenntes Wasserrückführungsrohr. Fällt bei dem Einsatz von zwei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln im Störungsfall eins aus, so ist das Aufrechterhalten des Übertragungsbetriebs nicht mehr möglich, da mit dem Ausfall eines Übertragungskabeis auch die Wasserrückleitung ausfallen würde. Ein getrenntes Wasserrückführungsrohr würde zwar in diesem Fall noch den Betrieb eines Übertragungskabels ermöglichen, der Rückstrom müßte aber über Erde fließen, was bei den sehr hohen Stromstärken der angesprochenen Übertragungskabel nicht günstig ist.

Die bei einem derartigen Kabelsystem verwendeten Hochspannungs-Gleichstrom· Übertragungskabel können beispielsweise eine äußere thermische Isolation aufweisen. Durch diese Isolation wird erreicht, daß in der elektrischen Isolierung im stationären Betriebsfall längs des Radius eine konstante Temperaturverteilung eintritt, wodurch die Feldstärke unabhängig von der Belastung wird und ihr radiator Verlauf vom Leiter zum Mantel umgekehrt proportional dem Radius des Kabels ist, wenn kein Feldstärkeeinfli.iß auf die Leitfähigkeit der elektrischen Isolierung vorliegt. Im übrigen ist die Feldstärke bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit Papierisolierung abhängig von der Temperatur und zwar derar·:. daß sie mit wachsender TciHDeralur abnimmt. Für den Fall, daß eine rasche Lastverringerung oder sogar ein Lastabwurf am Ende eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabels auftritt, ergäbe sich eine plötzliche Abkühlung des Leiters, ohne daß auch die elektrische Isolierung ebenfalls so schnell abkühlen würde, so daß sich eine plötzliche erhebliche Feldstärkeerhöhung am Leiter ergeben würde. Einer derartigen Feldstärkeerhöhung am Leiter ist jedoch die elektrische Isolierung nicht gewachsen, wenn ihre Abmessung in wirtschaftlichen

ίο Grenzen gehalten werden soll, so daß Durchschlage die Folge wären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochspannungs-Gleichstrom-Kabelsystem zu schaffen, das im Störungsfall unter Beibehaltung der vollen Übertragungsleistung ohne Unterbrechung weiterbetrieben werden kann und das starke Feldstärkeerhöhungen am Leiter des Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabels bei rascher Belastungsverringerung, z. B. bei Lastabwurf, vermeidet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß drei gleichartige Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel parallel verlegt sind, und das den Wasserhintransport führende Übertragungskabel den vollen Strom überträgt und daß der Wasserrücktransport und der volle Rückstrom von einem der beiden anderen Übertragungskabel übernommen wird, wobei das dritte unbelastete Übertragungskabel als Reserveader dient oder da? die beiden anderen Übertragungskabel jeweils den halben Strom und den halben

jo Wasserrücktransport übernehmen, und daß der Kühlmittelkreislauf in seiner Kühlleistung geregelt wird.

In dem Fall, daß das dritte Übertragungskabel als Reseryeader dient, isl es bei Ausfall eines stromführenden Übertragungskabels möglich, jederzeit eine Um-

j5 schaltung auf die Reserveader vorzunehmen, wobei diese nicht nur die Stromführung sondern auch die Wasserleitung übernehmen kann.

Die andere zweckmäßige Betriebsart besteht darin, daß die beiden anderen Übertragungskabel jeweils nur den halben Strom und den halben Wassertransport übernehmen. Diese Betriebsart hat den Vorteil, daß die insgesamt anfallenden Stromwärmeverluste wesentlich geringer sind; denn gegenüber dem Zweikabelbetrieb mit einer Wärmeverlustleistung von

P,2= Rl² + Rl² = 2RI²

ergibt sich bei dem Drei-Kabelbetrieb, bei dem zwei Übertragungskabel jeweils den halben Strom und den halben Wasserrücktransport übernehmen, eine Wärme-Verlustleistung von

Pyj = Rl² + RI²IA + RIVA = 13 Rl².

Es kann vorteilhaft sein, wenn zur Regelung der Leitertemperatur die Umwälzpumpen regelbar sind und/oder in den einzelnen Leitern gleichmäßig verteilt pro Leiter eine oder mehrere regelbare Kühlwasserzwischenpumpen eingeschaltet sind. Damit kann durch Veränderung der Pumpengeschwindigkeit, die Förderleistung der Pumpen und somit der Kühlmitteldurchfluß durch die Kühlstationen verringert werden, wodurch eine weniger starke Kühlung des Kühlmittels erreicht wird. Im extremen Fall, das heißt bei Lastabwurf, konnte sogar eine Regelung dahin erfolgen, daß die Umwälz- und die Zwischenpumpen ausgeschaltet werden. Durch das Einschalten zusätzlicher Zwischenpumpen in das Übertragungssystem, kann die abführbare Verlustleistung pro Kabel vergrößert und damit auch die Übertragungsleistung des gesamten Kabelsys:ems an-

gehoben werden.

Eine weitere Möglichkeit, die Leitertemperatur zu regeln, besteht zweckmäßigerweise darin, die Kühlstationen in ihrer Kuhlleitung regelbar auszuführen. Inwieweit es zweckmäßig ist, die vorstehenden Möglichkeiten zur Regelung der Leitertemperatur allein oder in Kombination anzuwenden, hängt davon ab, mit welcher Genauigkeit die Regelung der Leitertemperatur erfolgen soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Das Übertragungssystem 1 besteht aus drei einzelnen, parallel verlaufenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln 2, 3, 4 mit vom Kühlmittel, z. B. Wasser durchflossenen Leitern. Der Durchmesser des Kühlmittelkanals sollte zweckmüßigerweise 70 mm betragen und die Wandstärke des beispielsweise aus Aluminium bestehenden elektrischen Leiters beträgt vorteilhafterweise 15 mm und der Leiterquerschnitt beträgt wenigstens 3200 mm². Der Kühlmittelkanal der Hochspannungs-Gieiehstrom-Übertragungskabe! besteht beispielsweise aus einem korrosionsfesteA Material wie Stahl oder Titan. Von den drei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln 2,3,4 dient beispielsweise das Übertragungskabel 2 als elektrische Hinleitung, das heißt zum Verbraucher hinführende Leitung, weiterhin übernimmt dieses Übertragungskabel den gesamten Wasserhintransport Die beiden anderen Übertragungskabel 3, 4 sind parallel geschaltet, so daß über sie nur der halbe Strom und der halbe Wasserrücktransport erfolgt. Am Anfang und am Ende der Übertragungskabel 2, 3, 4 ist jeweils eine für diese gemeinsame Kühlstation 5 mit Umwälzpumpen 6 vorgesehen, so daß das Kühlmittel durch das Übertragungskabel 2 hin- und durch die beiden anderen Übertragungskabel 3, 4 zurückfließt. Zwischen den Kühlstationen 5, deren Abstand voneinander zweckmäßigerweise über 10 km beträgt, sind im dargestellten Beispiel pro Kabel noch zwei Zwischenpumpen 7 eingezeichnet, dabei ist diese Anzahl im vorliegenden Beispiel frei gewählt, da dies sich im speziellen Fall aus dem Verhältnis der Gesamtkosten zu der Summe aus den Investitionskosten für die Kühlsiationen 5 und den Verlustkosten des gesamten Kabelsystems ergibt. Die Zwischenpumpen 7 sind derart in ihrer Leistung

ausgelegt, daß jede den Druck der Kabelader auf die Höhe hinaufdrücken kann, der hinter der ersten Zwischenpumpe herrscht. Die eingezeichneten Umwälz- und Zwischenpumpen 6, 7 sind so regelbar, daß die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Durchflußmenge des Kühlmittels durch die Kühlstationen 5 regelbar ist Die Regelung der Pumpen 6, 7 erfolgt nun derart daß bei Lastverringerung bzw. bei Lastabwurf die Differenz der Leitertemperatur und der Manteltemperatur gemessen wird und eine Regelung der Durchflußmenge des Kühlmittels durch die Kühlstationen derart erfolgt, daß die Durchflußmenge verringert wird, sobald die Leitertemperatur gegenüber der Temperatur des Mantels abfällt bzw. einen bestimmten Wert unterschreitet bei dem noch eine zulässige Feldstärkeerhöhung am Leiter auftritt

Die Hochspannungs-Gleichstrom-tibertragungskabel 2,3,4 weisen jeweils an ihrem Anfang und an ihrem Ende einen Spannungsendverschluß 8 auf und sind dahinter an Sammelschienen 9 angeschlossen. Die Übertragungskabel 2,3,4 sind über Schalter 10 mit den Sammelschienen derart schaltbar, daß sie im Störungsfall jederzeit ab- und zugeschaltet werden können, so daß ein reibungsloser Übergang beispielsweise vom Dreier-Kabelbetrieb auf den Zweier-Kabelbetrieb möglieh ist. Um ebenfalls den Kühlmittelfluß dem jeweiligen elektrischen Übertragungsbetrieb anpassen zu können, sind innerhalb des Kühlmittelkreislaufs Ventile 11,12,13 vorgesehen, mit denen der Kühlmittelfluß durch die einzelnen Übertragungskabel 2, 3, 4 und durch die Kühlstationen 5 abgesperrt werden kann. Zwischen den Sammelschienen 9 und den Kühlstationen 5 sind jeweils am Ende jedes Übertragungskabels Wasserendverschlüsse 14 angeordnet, mit deren Hilfe das Hochspannungspotential des Kühlmittels auf Erdpotential abgebaut wird. Durch diese Maßnahme befinden sich die Kühlrnittelstationen 5 ebenfalls auf Erdpotential.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gleichstrom-Kabelsystem, bestehend aus mehreren Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit innerer Wasserkühlung, deren vom Kühlmittel durchflossene Leiter an ihrem Anfang und Ende an Kühlstationen mit Umwälzpumpen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß drei gleichartige Hochspannungs-Gleichstromübertragungskabel (2, 3, 4) parallel verlegt sind, und das den Wasserhintransport führende Übertragungskabel (2) den vollen Strom überträgt und daß der Wasserrücktransport und der volle Rückstrom von einem der beiden anderen Übertragungskabel (3,4) übernommen wird wobei das dritte unbelastete Übertragungskabel als Reserveader dient oder daß die beiden anderen Übertragungskabel (3, 4) jeweils nur den halben Strom und den halben Wasserrücktransport übernehmen und daß der Kühlmittelkreislauf in seiner Kühlleistung geregelt w-Ld.