DE2512764A1

DE2512764A1 - Verfahren zur erhoehung der uebertragungsleistung und der wirtschaftlichkeit einer hochspannungsfreileitung und zur durchfuehrung dieses verfahrens geeignete hochspannungsfreileitung

Info

Publication number: DE2512764A1
Application number: DE19752512764
Authority: DE
Inventors: Heinr Dr Ing Brakelmann; Werner Dr Ing Rasquin
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1975-03-22
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1976-09-23
Also published as: FR2305875A1; GB1499384A; CA1048117A; FR2305875B1

Description

Anmelder: Feiten A Guilleaume Carlsvrerk Aktiengesellschaft 5 Köln 80 Schanzenstraße 24

Pl 4229 Köln-Mülheim, den 19. März 1975

Verfahren zur Erhöhung der Übertragungsleistung und der Wirtschaftlichkeit einer Hochspannungsfreileitung und zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Hochspannungsfreileitung

Di· Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Ubertragungsleistung und der Wirtschaftlichkeit einer Hochspannungsfreileitung, insbesondere zur Hochleistungsenergieübertragung.

übliche Freileitungsseile dürfen wegen der Notwendigkeit der Vermeidung eines übergroßen Durchhanges ihrer zwischen Stütz- nasten frei gespannten Abschnitte, die sich aus der Dehnung des Seiles bei Erwärmung desselben ergibt, über einen gewissen Orenζ-

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wert von etwa 40°C hinaus thermisch und somit auch mit der zu übertragenden Leistung nicht überlastet werden. Dementsprechend werden die üblicherweise aus hohe thermische Dehnungskoeffizien- ■ ten aufweisenden Werkstoffen bestehenden Freileitungen zwar über ihre natürliche Leistung hinaus, jedoch nur bis an die Grenze ihrer thermischen Grenzleistung belastet.

Ein weiterer Nachteil einer herkömmlichen Freileitung besteht darin, daß die gesamten bei der Energieübertragung unvermeidbaren Stromwärmeverluste an die Umgebung abgegeben werden und damit nicht mehr genutzt werden können. Der ständig wachsende Energiebedarf führt jedoch zu dem Erfordernis einer Hochleistungs ■■·■ rgieübertragung über große Entfernungen, welchem Erfordernis bisher bekanntgewordenen Freileitungen nicht mehr entsprechen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Übertragungsleistung bekannter Freileitungen um ein Vielfaches übertreffende Hochleistungsenergieübertragung zu ermöglichen, bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Energieübertragung mittels Freileitungen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochspannungsfreileitung ein diese kühlendes Medium hindurchgeführt, das einen wesentlichen Teil der in der Freileitung entstehenden Stromwärme aufnimmt, wobei die von dem kühlenden Medium aufgenommene Stromwärrae einer nutzbaren Verwendung, beispielsweise Heizung, zugeführt wird.

Zufolge des die Freileitung durchströmenden, kühlenden Mediums kann die Übertragungsleistung auf ein Mehrfaches des bisher Bekannten erhöht werden, ohne daß eine den zu beachtenden Grenzwert überschreitende Dehnung derselben zu befürchten ist. Gleichzeitig wird dadurch, daß die von dem kühlenden Medium aufgenommene Stromwärme einer nutzbaren Verwendung zugeführt wird, die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage nicht unerheblich erhöht.

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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als kühlendes Medium eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verwendet wird, da Flüssigkeiten im allgemeinen bessere Wärmeübergangswerte insbesondere aber auch eine höhere Wärmeaufnahmekapazität besitzen, als Dämpfe oder Gase, und Wasser nicht nur die notwendigen Eigenschaften besitzt sondern überdies überall leicht zu beschaffen und besonders wohlfeil ist. Dennoch kann es unter besonderen Verhältnissen zweckmäßig sein, als kühlendes Medium Gase oder Dämpfe zu verwenden, insbesondere solche, deren Verdampfungstemperatur im Betriebsbereich der Leitung liegt, beispielsweise Dichlordifluormethan (C Cl₂ Fp).

In Weiterbildung der Erfindung wird das kühlende Medium der Hochspannungsfreileitung in großen Abständen von wenigstens etwa 5 km zu- bzw. von dieser abgeführt, einem Wärmeverbraucher, beispielsweise einer Heizanlage zugeleitet, in diesem rückgekühlt und sodann dem nächstfolgenden Freileitungsabschnitt zugeführt. Die Zu- bzw. Abfuhr des Mediums kann über geerdete Zuleitungen erfolgen, die gegenüber dem Leiter selbst entsprechend isoliert sind, so daß ein nennenswerter Strom gegen Erde nicht zu befürchten ist. Die Abstände der Zu- und Abfuhr des kühlenden Mediums können unter Bedachtnahme auf die nutzbare Wärmeverwertung gewählt werden und ein Mehrfaches des angegebenen Richtmaßes betragen, unter der Voraussetzung, daß die Jeweils gewählte Durchflußmenge des Kühlmittels und somit dessen Geschwindigkeit, bzw. Druck den jeweiligen Bedingungen so angepaßt ist, daß einerseits einer Überschreitung des Wärmegrenzwertes des Mediums und somit des zulässigen Leiterdurchhanges vermieden und andererseits eine zu geringe Erwärmung des Mediums, die die Wirtschaftlichkeit der Wärmeverwertungsanlage infrage stellen würde, vermieden wird.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Hochspannungsfreileitung weist erfindungsgemäß einen im elektrischen Leiter zentral angeordneten Kanal für den Durchfluß des kühlenden Mediums auf. Hierbei ist es für die praktische Verwendung der Leiter von wesentlicher Bedeutung, daß diese trommelbar

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ist, d.h. sie muß dazu geeignet sein, nach der Fertigung in großen Längen für den Transport zur Montagestelle auf eine Trommel aufgebracht und dort von dieser wieder abgewickelt zu werden ohne Schaden zu nehmen, welcher Vorgang gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden muß, z.B. bei nachträglichen Veränderungen der Leitungsstrecke. Sie muß ferner zur Aufnahme der sowohl bei der Montage als auch im Betrieb auftretenden nicht unerheblichen Biege- und Zugbeanspruchungen durch Eigengewicht, Durchhang und von außen auf sie einwirkende Kräfte gewachsen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Freileitung ist der Kanal als dünnwandiges, trommelbares Rohr aus korrosions- und osionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise Edelstahl od.dgl. , einem hochabriebfestem Kunststoff, ausgebildet, das von

•ilektrischen Leiter umschlossen ist. Hierbei wird die Trom- ^j-oarkeit der Leitung durch entsprechende Dimensionierung des elektrischen Leiters sowie insbesondere des Rohres unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit der verwendeten Werkstoffe gewährleistet, wobei der Abriebfestigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit des zur Bildung des Rohres gewählten Werkstoffes insbesondere für die Lebensdauer der Leitung wesentliche Bedeutung zukommt.

In Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Leiter zumindest teilweise als Massivleiter, beispielsweise aus Aluminium od.dgl., ausgebildet ist, wobei als die Zugkräfte aufnehmendes Element das Rohr heranziehbar ist. Dies erbringt unter anderem den Vorteil, einer wesentlich vereinfachten Fertigung der Leitung, die durch Extrusion des elektrischen Leiters auf das Rohr erfolgen kann, da sich hierbei die bei den Freileitungsseilen allgemein übliche Anordnung spezieller Zugelemente aus Stahldraht od.dgl. erübrigt, indem das insbesondere aus Edelstahl bestehende Rohr zur Aufnahme aller auftretenden Zug- und Biegekräfte bemessen ist. Die Trommelbarkeit der Leitung ist hierbei, abgesehen von der Dimensionierung des Leiters und

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des Rohres, insbesondere dadurch gewährleistet, daß der elektrische Leiter mit dem Rohr nicht i'est verhaltet ist, so daß die beim Biegen und insbesondere Aufrollen der Leitung auf eine Trommel auftretenden Kräfte durch Relativbewegung des Leiters im Bezug auf das Rohr entsprechend verteilt und sehr wesentlich verringert werden.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens weist der elektrische Leiter an seiner dem Rohr zugekehrten Innenseite um dessen Umfang im wesentlichen gleichmäßig verteilte, sich in der Längsrichtung des Leiters erstreckende Ausnehmungen wie Nute od.dgl. auf, wobei die Summe der am Rohr anliegenden Innenflächenabschnitte des Leiters zumindest ein Drittel der ümflache des Rohres beträgt. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird die Verhaftung des Leiters am Rohr und insbesondere die gegenseitige Reibung bei der vorausgehend erläuterten Relativbewegung derselben sehr wesentlich verringert, bei gleichzeitiger Gewährung der für den notwendigen Wärmeübergang vom Leiter zum Rohr bzw. von diesem zum kühlenden Medium ausreichenden Berührungsflächen. Zugleich erbringen die an der Innenfläche des Leiters vorgesehenen, sich über dessen ganze Länge erstreckenden Ausnehmungen den Vorteil, daß etwaige Beschädigungen des Rohres frühzeitig erkannt und durch Auswechseln des betreffenden Leitungsabschnittes behoben werden können, ehe der Leiter selbst in einem nennenswerten Maße den Einwirkungen des kühlenden Mediums ausgesetzt ist.

Bei für bestimmte Zwecke bevorzugten Ausführungsformen der Erfin dung besteht der elektrische Leiter zumindest teilweise aus blan ken Drähten bzw. miteinander verseilten Drahtbündeln oder Litzen, die miteinander unter Belassung eines zentralen Hohlraumes ver seilt bzw. mit entsprechender Schlaglänge auf das den Kanal um schließende Rohr oder den rohrförmigen Massivleiter 2 in wenig stens einer konzentrischen Lage aufgeseilt sind. Diese Ausführungsformen eignen sich insbesondere für Leitungen mit einem

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Innenrohr beispielsweise aus abriebfestem Kunststoff, dessen Zugfestigkeit realtiv gering ist und zur Aufnahme der zu berücksichtigenden Kräfte nicht ausreichen würde, in welchem Falle der ■nüs hochfesten Zugelementen bestehende, auf geseilte Teil des Leiters, beispielsweise eine Lage von sogenannten Staku-Drähten oder dgl., das die auftretenden Zugkräfte im wesentlichen aufnehmende Element der Leitung bildet. Die Anordnung von Verseilelementen, allein oder in Verbindung mit einem Massivleiter, kann jedoch auch beim Erfordernis eines besonders großen Leiterquerschnittes bzw. einer besonders biegsamen Leitung von Vorteil sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen,

Fig. 1 schematisch die Anordnung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Hochenergieübertragungs-Hochspannungsfreileitung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Freileitung gemäß Fig. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Freileitung 1 an Tragkonstruktionen 2 bzw. 3 befestigt, die in entsprechenden Abständen voneinander angeordnet sind. Diese werden soweit dies mit dem zu tragenden Gewicht und dem zulässigen Durchhang der Leitung sowie mit den gegebenen Geländeverhältnissen vereinbar ist, möglichst groß gewählt, und können bis zu mehreren Hundert Metern betragen. An den auf der Strecke vorgesehenen Tragkonstruktionen 2 ist jeweils eine einzige entsprechend isolierte Aufhängevorrichtung 4 für die Leitung 1 vorgesehen. Lediglich an den für die Zu- bzw. Abfuhr des kühlenden Mediums und dessen Rückkühlung bestimmten Stellen sind Tragkonstruktionen J> mit zwei an Isolierkörpern 5 eines Tragarmes befestigten Aufhängevorrichtungen 4 erforderlich, für die Halterung eines vom abzuführenden kühlenden Medium durchflossenen Leitungsendabschnittes 6 bzw. eines vom zuzuführenden

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Senden Medium durchflossenen Endabschnittes 7 der Hochspan-

■^reileitung 1,wobei im Bereich des Kreuzungspunktes der .^schnitte 6 bzw. 7, beispielsweise mittels einer Kontaktbrücke 8, die lückenlos durchgehende Hochspannungs- und Hochleistungsenergieübertragung- an der Zu- bzw. Abführungsstelle des Kühlmediums vorbei - gewährleistet ist. Das kühlende Medium wird über eine isolierende Endeinrichtung 9 einer Pumpe" 10 zugeleitet, die es direkt oder indirekt einem das Medium rückkühlenden und die darin enthaltene Wärme nutzbar machenden Wärmeverbraucher 11 zuführt. Eine weitere Pumpe 10 fördert das kühlende Medium ebenfalls über eine zwischengelegte isolierende Endeinrichtung 9 durch den nächstfolgenden Abschnitt der Hochspannungsleitung. Gegebenenfalls kann der Wärmeverbraucher 11 mit einem vom kühlenden Medium durchflossenen, an ein gesondertes wärmeisoliertes Kreislaufsystem angeschlossenen Wärmetauscher 12 ausgestattet sein. Diese Art der Nutzbarmachung der abgeführten Wärme empfiehlt sich insbesondere dann, wenn in der unmittelbaren Nähe der Kühlmittelzu- bzw. -Abfuhrstation kein Wärmebedarf vorliegt. In solchen Fällen kann der Wärmeträger, beispielsweise Wasser in einem gesonderten Kreislauf vom Wärmetauscher 12 mittels einer besonderen Pumpe 13 dem eigentlichen Verbraucher 14, beispielsweise einer Anzahl von Raumbeheizungsradlatoren eines Gebäudes, dem Heizschlangensystem eines Treibhauses oder einem fertigungsbetrieblichen bzw. gewerblichen Wärmebedarf zugeführt und von dort im gekühlten Zustand zum Wärmetauscher 12 zurückgeleitet werden.

Die in Fig. 2 im Querschnitt veranschaulichte Hochenergieübertragungs-Hochspannungsfreileitung 1 weist einen Leiter 15 auf, der ein dünnwandiges Rohr 16 umschließt, welches einen für den Durchfluß eines kühlenden Mediums, insbesondere Wasser bestimmten Kanal 17 umgrenzt. Der Leiter 15 ist vorzugsweise als Massivleiter mit einer im wesentlichen platten Oberfläche ausgebildet.

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¹ kann aber auch zumindest teilweise aus verseilten bzw. auf ■Vas si vielter auf geseilten blanken Drähten 20 bestehen. ■ -■ hier gezeigten Ausführungsform weist der Leiter an seiner ...ι oeispielsweise aus Edelstahl bestehenden Rohr zugekehrten Innenfläche eine Anzahl am Umfang des Rohres gleichmäßig verteilter nutenförmiger Ausnehmungen 18 auf, welche so bemessen sind, daß die dazwischen verbleibenden Berührungsflächenabschnitte 19 insgesamt einen ausreichenden Wärmeübergang vom Leiter zum Rohr gewährleisten, welches die vom Leiter aufgenommene Stromwärme an das seinen Kanal I7 durchfließende kühlende Medium abgibt.

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Claims

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Ansprüche:

Verfahren zur Erhöhung der Übertragungsleistung und der Wirtschaftlichkeit einer Hochspannungsfreileitung, insbesondere zur Hochleistungsenergieübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese ein kühlendes Medium hindurchgeführt wird, das einen wesentlichen Teil der in der Freileitung (1) entstehenden Stromwärme aufnimmt, und daß die von dem kühlenden Medium aufgenommene Stromwärme einer nutzbaren Verwendung beispielsweise Heizung, zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kühlendes Medium eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennze i chne t, daß das kühlende Medium der Hochspannungsfreileitung (1) in großen Abständen von wenigstens etwa 5 km zu- bzw. von dieser abgeführt, einem Wärmeverbraucher (11), beispielsweise einer Heizanlage, zugeleitet in diesem rückgekühlt und sodann dem nächstfolgenden Freileitungsabschnitt zugeführt wird.
4. Hochspannungsfreileitung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennze i chne t, daß sie einen im trommelbaren elektrischen Leiter (I5) zentral angeordneten Kanal (I7) für den Durchfluß des kühlenden Mediums aufweist.
5· Freileitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (I7) als dünnwandiges, trommelbares Rohr (16) aus korrosions- und erosionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise Edelstahl od.dgl. bzw. einem hochabriebfesten Kunststoff, ausgebildet ist, das von dem elektrischen Leiter (15) umschlossen ist.

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6. Freileitung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) zumindest teilweise als Massivleiter, beispielsweise aus Aluminium od.dgl., ausgebildet ist, wobei als die Zugkräfte aufnehmendes Element das Rohr (16) herausziehbar ist.
7. Freileitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) an seiner dem Rohr (16) zugekehrten Innenseite um dessen Umfang im wesentlichen gleichmäßig verteilte, sich in der Längsrichtung des Leiters erstreckende Ausnehmungen (18) wie Nute od.dgl. -ufweist, wobei die Summe der am Rohr (16) anliegenden Innen-

>: thenabschnitte (19) des Leiters zumindest ein Drjffibel f lache des Rohres (16) beträgt.
8. Freileitung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) zumindest teilweise aus blanken Drähten (20) bzw. miteinander verseilten Drahtbündeln oder Litzen besteht, die miteinander unter Belassung eines zentralen Hohlraumes verseilt bzw. mit entsprechender ochlaglänge auf das den Kanal umschließende Rohr (16) oder den rohrförmigen 14assivleiter in wenigstens einer konzentrischen La^e aufgeseilt sind.

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