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Endverschluss für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter zur
Einführung in metallgekapselte Schaltanlagen.
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Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers
von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung
mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen.
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Bei dem ständig zunehmenden Bedarf an elektrischer Energie in Ballungsgebieten
und dem notwendigen vermehrten Bau von Grosskraftwerken werden an die Ubertragungsleistung
unterirdisch verlegter Kabel zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Die herkömmlichen
Hochspannungskabel sind in ihrer Ubertragungsleistung begrenzt, da sie sich bei
hohem Belastungsstrom stark erwärmen und die Ableitung der Wärme durch die Kabelisolierung
und den Erdboden behindert ist. Bei hochbelasteten Kabeln wird bereits häufiger
eine verstärkte äussere Kühlung vorgesehen durch Verlegung der Kabel in von Kühlwasser
durchströmte Rohre, wodurch sich die Ubertragungsleistung um den Faktor 2 - 3 erhöhen
lässt.
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Noch betrachtlich höhere Ubertragungsleistungen sind bei innerer Wasserkühlung
der Kabel zu erzielen, wenn die Wärme unmittelbar vom Ort ihres Entstehens durch
Kühlwasser weggeführt wird, ohne dass sie erst die wärmedämmende Isolierschicht
durchdringen muss.
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Solche Kabel werden als Hochleistungskabel in erster Linie für die
künftigen laststarken Ubertragungsstrecken ausersehen sein.
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Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter unterscheiden sich von
herkömmlichen IIochspannungskabeln vor allem durch das im Leiter angeordnete Kühlwasserrohr
von mehreren Zentimeter Durchmesser, ferner durch den wesentlich dickeren Leiter
und die wesentlich grösseren Durchmesser von Isolierung, Mantel und Schutzschichten.
Das durch das Kühlwasserrohr gepumpte Kühlwasser wird in der Kabelanlage im Kreislauf
geführt und die von ihm 1
aufgenommene Wärme wird ihm am Kabelende
in einer Rückkühleinrichtung wieder entzogen. Da die Rückkühleinrichtung auf Erdpotential
liegt, muss das im Kabel auf dem hohen Potential des Leiters befindliche Kühlwasser
am Kabelende vom Hochspannungspotential nach Erdpotential und am Kabelanfang in
umgekehrter Richtung vom Erdpotential nach Hochspannungspotential überführt werden,
was in besonders gestalteten Endverschlüssen geschieht.
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Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter stellen eine im Gang
befindliche Neuentwicklung in bezug auf hohe Spannungen über 100 kV dar. Die bereits
bekannten oder vorgeschlagenen Bauformen solcher Spezialendverschlüsse ( z.B. DT-OS
2 257 720 ) bestehen aus zwei Funktionsteilen. Der erste Funktionsteil, der den
Leiter hochspannungsisoliert gegen geerdete Teile aus dem Kabel herausführen soll,
wird von einem Hochspannungsendverschluss ähnlich herkömmlicher Art, jedoch für
grossen Leiter mit Kühlwasserdurchführung, gebildet, d.h. mit Porzellanisolator
und innenliegender spannungsgesteuerter Wickelkeule, ferner Kopfarmatur des Isolators
zur Abdichtung und mechanischen Festlegung des Leiterendes und zum Anschluss einer
Stromschiene oder eines Freileitungsseiles. Der nachfolgende,über eine Verlängerung
des Kühlwasserrohres angeschlossene zweite Funktionsteil, der das Kühlwasser von
gewisser geringer elektrischer Leitfähigkeit spannungs- und kurzschlussicher über
einen hohen Potentialunterschied führen soll, besteht im wesentlichen aus einem
Isolierrohr mit Befestigungsflanschen an den Enden, wobei das eine Ende am Hochspannungspotential
und das andere Ende am Erdpotential liegt Das Isolierrohr ist so bemessen, dass
der elektrische Widerstand bzw. der Ableitstrom des durchfliessenden Kühlwassers
in einem zulässigen Bereich bleiben und dass auch bei auftretenden Uberspannungen
keine Durchschläge oder Längsüberschläge erfolgen. Das Isolierrohr kann in einem
ölgefüllten Schutzisolator angeordnet sein.
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Die beschriebenen Spezialendverschlüsse sind nur zur Aufstellung in
freier Luft verwendbar. Da bei der künftigen Energieversorgung in Ballungsgebieten
die Tendenz besteht,auf die wenig Platz beanspruchenden metallgekapselten Schaltanlagen
mit SF6-Gasisolierung ( SF6 = Schwefelhexafluorid j überzugehen, müssen auch für
Hochspannungskabel
mit wassergekühltem Leiter Endverschlüsse zur
Einführung in metallgekapselte Schaltanlagen zur Verfügung stehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Endverschluss
für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur
Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen zu schaffen.
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Gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen sind charakterisiert durch
vollständigen Einbau aller hochspannungführenden Teile in geerdete metallische Umhüllungen,
die grossenteils rohrförmig sind, mit im Vergleich zu freier Luft sehr kleinen inneren
Isolierabständen, die durch die Anwendung eines elektronegativen Isoliergases hoher
Durchschlagsfestigkeit unter erhöhtem Druck, insbesondere SF6-Gas, ermöglicht sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Endverschluss
mit Führung des Kühlwassers vom Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel
hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte
metallgekapselte Schaltanlagen in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und jeder
Funktionsteil in einer eigenen, vorzugsweise rohrförmigen Kapselung angeordnet wird,
die eine Verlängerung oder Abzweigung der rohrförmigen Schaltanlagekapselung bildet
und mit dieser die Isoliergasatmosphäre gemeinsam hat und wobei der erste Funktionsteil
aus einem Isolator, vorzugsweise konischen Giessharzisolator,mit Kopfarmatur besteht,
in dessen Innerem sich die spannungsgesteuerte Wickelkeule der Kabelader befindet
und der Leiter a4die Kopfarmatur angeschlossen ist, mit der auch die weiterführende
Stromschiene der Schaltanlage verbunden wird und wobei der zweite Funktionsteil
aus einem an den Enden mit Befestigungsfianschenversehenen Isolierrohr für den Kühlwasserdurchfluss
besteht, mit einer am Leiterpotential liegenden Kopfarmatur, in die das aus dem
ersten Funktionsteil herausgeführte verlängerte Kühlwasserrohr zum Anschluss an.das
Isolierrohr eingeführt ist. Das Isolierrohr kann zum Schutz und zur
Erhöhung
der mechanischen Festigkeit in einem ölgefüllten Schutzisolator angeordnet sein.
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Massnahmen zur Spannungssteuerung des zweiten Funktionsteiles in
Längsrichtung sind nicht erforderlich, da sich eine solche selbsttätig in derkoaxialen
Anordnung der geerdeten rohrförmigen Kapselung und der zentralen auf unterschiealich
höherem Potential befindlichen Wassersäule einstellt. Damit in radialer Richtung
die Feldstärke an der Oberfläche der Wassersäule bzw.
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des Isolierrohres unterhalb der Glimmeinsatzfeldstärke bleibt, muss
der Isolierrohrdurchmesser entsprechend gross gewählt werden. Um dabei den Durchflussquerschnitt
und damit den Ableitstrom genügend klein zu halten, werden gemäss der Erfindung
zwei konzentrische Isolierrohre verwendet, in deren Zwischenraum von ringförmigem
Querschnitt das Kühlwasser fliesst. Der Durchmesser des äusseren Rohres ist dabei
für die Feldstärke in der Anlage massgebend. Das innere Isolierrohr ist an seinen
Enden verschlossen und mit Isolieröl gefüllt, das unter Druck gesetzt und zur Kühlung
umgepumpt werden kann. Statt des inneren Isolierrohres kann auch ein massiver Isolierstab
eingesetzt werden.
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Nach Durchlaufen des Isolierrohres tritt das Kühlwasser aus der Kapselung
aus und wird in die Rückkühleinrichtung geleitet In abgekühltem Zustand wird es
dann wieder durch einen gleichartigen Kabelendverschluss in das Kabel gepumpt.
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Die beiden Funktionsteile eines derartigen Kabelendverschlusses können
samt ihrer Kapselung gemäss der Erfindung mit ihren Achsen parallel nebeneinander
angeordnet sein oder auf gleicher Achse hintereinander liegen, wodurch der Vorteil
entsteht, dass innerhalb der Anlage keine Kühlwasserumlenkung erforderlich ist und
der Strömungswiderstand nicht vergrössert wird. Sie können auch senkrecht zueinander
oder unter einem beliebigen Winkel angeordnet werden je nach der günstigsten Ausführung
im Hinblick auf die Gesamtanlage. Bei Nebeneinanderanordnung kann bei kleineren
Spannungen auch eine gemeinsame Kapselung durch ein abgeflachtes Gehäuse vorgesehen
werden, jedoch ist
dann die Feldverteilung ungünstiger und der Aufwand
für die Druckfestigkeit des Gehäuses grösser.
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Da das Kühlwasser im Isolierrohr eine leitfähige Flüssigkeitssäule
zwischen einer auf sehr hoher Spannung liegenden Elektrode und einer geerdeten Elektrode
darstellt, können nachteilige Elektrolysevorgänge wie Bildung von Metallionen, Metallabtragung,
Leitfähigkeitserhöhung, Korrosion und dergleichen auftreten. Um solche Vorgänge
weitgehend zu hemmen oder zu vermeiden, werden gemäss der Erfindung die Oberflächen
der an die Wassersäule angrenzenden und als Elektrode wirkenden Metallteile mit
unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle,
Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet. Es können auch Abschirmgitter oder
Schilde aus solchem Material vor den Elektroden, aber in leitfähiger Verbindung
mit ihnen,angeordnet werden.
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Die Erfindung soll nun anhand von schematischen Z-eichnungen erläutert
werden.
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Figur 1 zeigt den Endverschluss mit Kühlwasserführung eines in die
metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Nebeneinanderanordnung
der zwei Funktionsteile, Figur 2 zeigt den Endverschluss mit Kühlwasserführung eines
in die metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Hintereinanderanordnung
der zwei Funktionsteile, Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform des zweiten Funktionsteiles.
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In der Fig. 1 stellt 1 das ankommende Hochspannungskabel mit wassergekühltem
Leiter, beispielsweise für 110 kV dar, mit dem zentralen Kühlwasserrohr 2, das von
dem im Kreislauf geführten Kühlwasser 3 durchflossen wird. Das Kabel 1 endet im
ersten Funktionsteil des Endverschlusses, der aus dem Aderende mit der spannungsgesteuerten
Wickelkeule 4, dem Isolator 5 und seiner Kopfarmatur 6 gebildet wird, die insgesamt
in dergeerdeten, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 7 angeordnet
sind.
Das in der Kopfarmatur 6 herausgeführte Kühlwasserrohr wird an das Verbindungsrohr
8 angeschlossen, in dem das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Endverschlusses
geführt wird, der aus dem an seinen Enden mit Befestigungsflanwhen versehenen Isolierrohr
9 und dessen Kopfarmatur 10 besteht und in der rohrförmigen Kapselung 11 angeordnet
ist. Ausserhalb der Kapselung 11 wird das Kühlwasser in dem Rohr 12 weitergeleitet
zur Rückkühleinrichtung und nach erfolgter Abkühlung wird es wieder in einem gleichartigen
Endverschluss bei umgekehrter Flussrichtung in das Kabel zurückgebracht.
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Die Stromschiene 13 der Schaltanlage, die in der rohrförmig verlängerten
und mit verschliessbaren Montageöffnungen ausgerüsteten Anlagekapselung 14 durch
den Isolierstützer 15 zentral gehalten wird, wird hochstromleitend mit der Kopfarmatur
10 verbunden, falls diese hochstromleitend durch das Rohr 16 mit der Kopfarmatur
6 verbunden ist, anderenfalls wird sie unmittelbar an letztere angeschlossen. Alle
hochspannung führenden Teile sind zur Vermeidung von Sprühentladungen gut abgerundet,
ebenso die gegenüberliegenden geerdeten Teile.
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Die Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit des Endverschlusses,
bei der der zweite Funktionsteil auf der verlängerten Achse des ersten Funktionsteiles
angeordnet ist, ferner ist das Isolierrohr in einem Schutzisolator untergebracht,
was besonders zur Beherrschung von grösseren Drücken vorteilhaft ist, beispielsweise
am Kabelanfang, wo das Kühlwasser unter hohem Druck in das Kabel gepumpt wird.
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In der Fig. 2 stellt 21 das ankommende Hochspannungskabel.mit dem
zentralen Kühlwasserrohr 22, in dem das Kühlwasser 23 fliesst, dar. Der erste Funktionsteil
des Endverschlusses wird wie in der Fig. 1 gebildet aus dem Kabeladerende mit degaufgebrachten
spannungsgesteuerten Wickelkeule 24, dem Isolator 25 und seiner Kopfarmatur 26,
durch die das Kühlwasserrohr herausgeführt ist. Dieser erste Funktionsteil des Endverschlusses
ist in der vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 27 angeordnet. Das Kühlwasser
wird geradeaus durch das Verbindungsrohr 28 zum Isolierrohr 29 mit der Kopfarmatur
30 als zweitem
Funktionsteil des Endverschlusses weitergeführt,
der in einem Schutzisolator 31 mit Ölfüllung 32 steht und wobei das Ganze in der
metallischen Kapselung 33 angeordnet ist. Das öl kann umgepumpt und ausserhalb der
Kapselung gekühlt werden.
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Das Kühlwasser wird ausserhalb der Kapselung in dem Rohr 34 zur Rückkühleinrichtung
geleitet.
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Der hohe Ubertragungsstrom fliesst von der Kopfarmatur 26 zur angeschlossenen
seitlich abzweigenden Stromschiene 35 der Schaltanlage, die durch den beispielsweise
konisch gestalteten Isolierstützer 36 zentrisch iqlder rohrförmigen Schaltanlagekapselung
37 gehalten wird.
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Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des zweiten Funktionsteiles
des Endverschlusses. Das Kühlwasser fliesst durch den Zwischenraum von ringförmigem
Querschnitt zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Isolierrohren 41 und 42.
Das innere Isolierrohr 41 ist zu diesem Zweck an den Enden geschlossen und mit Isolieröl
43 gefüllt. Statt des inneren Isolierrohres kann auch ein massiver Isolierstab eingesetzt
werden Durch die Kopfarmatur 44 wird das Kühlwasser zugeleitet und durch das Rohr
45 fliesst es weiter zur Rückkühleinrichtung.
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Diese Ausführungsform kann weiterhin in einem Schutzisolator mit öl
füllung, wie bei Fig. 2 beschrieben, untergebracht werden.
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Um eventuell mögliche nachteilige Elektrolysevorgänge weitgehend einzuschränken,können
gemäss der Erfindung die in Kontakt mit der Wassersäule im Isolierrohr stehenden
und als Elektrode wirkenden Metallteile mit einem unangreifbaren Material wie Platin
oder einem nichtmetallischen Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder leitfähigem
Kunststoff beschichtet werden Es können auch Bbschirmgitter -oder Schilde aus solchem
Material vor den genannten Metallteilen in leitender Verbindung mit ihnen angeordnet
werden.
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Die Ausführungen gemäss der Erfindung sind auch vorteilhaft anwendbar,
wenn als Kühlmittel nicht Wasser, sondern eine andere Flüssigkeit, z.B. Isolieröl
dient. .Patentansprüche Patentansprüche :