DE2548560A1

DE2548560A1 - Vorrichtung zur uebertragung hochgespannter elektrischer energie durch ein gewaesser hindurch

Info

Publication number: DE2548560A1
Application number: DE19752548560
Authority: DE
Inventors: Richard Francisco-Arnold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DK493375A

Description

Vorrichtung zur Übertragung hochgespannter elektrischer Energie durch ein Gewässer hindurch Um die Verwendbarkeit derzeit verfügbarer Unterwasser-Hochspannungsübertragungsvorrichtungen auf Gewässer mit einer Tiefe von mehr als etwa 1000 bis 2000 m, insbesondere auf die Weltmeere, deren Tiefe häufig 4000 bis 6000 m über lange Strecken hinweg überschreitet, zu erweitern, wird hiermit eine verbesserte Übertragungsvorrichtung vorgeschlagen. Diese Vorrichtung ähnelt Mitteln, wie sie derzeit zur Ubersee-Hochspannungsübertragung verwendet werden (die für maximale Tiefen von 1000 bis 2000 m geeignet sind), weist jedoch zusätzliche funktionswesentliche Elemente auf, wie Schwimmer, die dafür sorgen, daß das eigentliche Sbertragungsmittel stets in einer solchen Tiefe verbleibt, daß die Betriebsfähigkeit des Ubertragungsmittels erhalten bleibt, sowie Vertäuungs- und Verankerungsmittel, um die Lage der verschiedenen funktionswesentlichen Bauteile an der Jeweiligen Verlegungsstrecke zu stabilisieren, und zwar innerhalb eines die Verlegungsstrecke umgebenden radialen Spielsraums.
Es ist günstig, wenn die Vorrichtung einen Bewegungsspielraum im Bereich ihrer Verlegungsstrecke hat, um unterschiedliche Bedingungen, wie änderungen der Wasserdichte, ausgleichen zu kdnnen. Die Verlegung erfolgt zweckmäßigerweise in einer Tiefe, in der sich in der Regel keine Wassertiere oder Unterwasserfahrzeuge befinden und in der sich die physikalischen Bedingungen, die sich in den oberen Wasserschichten aufgrund atmosphärischer Einflüsse ständig ändern können, hinreichend stabil sind, so daß man über lange Zeit mit gleichbleibenden Betriebsbedingungen rechnen kann. Dies ist in einer Tiefe von etwa 300 m bis zu einer maximalen Tiefe der Fall, in der die Vorrichtung noch betriebsfähig ist.
Die Anzahl und Anordnung der Schwimmer, die in der Nähe bzw. neben der Armierung befestigt werden, hängt von dem für erforderlich gehaltenen Grad Qer Konstanz der Auftriebskraft ab. Diese könnte unterschiedlich sein, um eine intermittierende, segmentierte Anordnung der Schwimmer in der Weise zu ermöglichen, daß Leiter, Isolierung und Armierung kettenlinienförmig zwischen den Schwimmern durchhängen oder daß die Schwimmer in der Weise durchgehend gekoppelt sind, daß das Kabel ununterbrochen abgestützt wird. Dies hängt im wesentlichen von dem für die Vorrichtung gewünschten Bewegungsspelraum, einer möglichen Isolierölströmung oder einem anderen innerhalb der Leiter- und/oder Isolierelemente verwendeten Isoliermaterial ab. Die Anzahl und Länge der Halterungs- bzw. Vertäuungsseile, die zweckmäßigerweise an den Schwimmern befestigt werden, wird entsprechend der gewünschten Stabilität und Bewegungsfreiheit gewählt.
Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung für eine Hochspannungsübertragung durch wesentlich tiefere Gewässer als es mit derzeitigen Übertragungsvorrichtungen dieser Art möglich ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung dieser Art, die eine Kombination funktionswesentlicher Elemente aufweist, von denen einige einen in Abhängigkeit vom speziellen Anwendungsfall veränderbaren Anwendungsbereich haben.
Schließlich ist es Ziel der Erfindung, hochgespannte elektrische Energie auch über Gewässer hinweg unabhängig von deren Tiefe und Bodenkontur in der ganzen Welt nutzbar zu machen. In diesem Zusammenhang lassen sich unter Verwendung von Hoch- oder Ultrahochgleichspannungsschaltungen transmaritime Verbindungen von Stromversorgungsnetzen herstellen. Darüber hinaus können maritime Generatoren in diese Vorrichtung eingeschaltet sein, um elektrische Energie bidirektional über diese Verbindungen zu übertragen.
Die Zeichnung stellt bevorzugte Ausführungsbeispie#schematisch dar.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht der in tiefem Wasser verlegten Vorrichtung, mit einem Ubertragungselement a, das einen Leiter, einen Isolator und eine Armierung aufweist, sowie mit Schwimmern b und Halterungs- bzw. Vertäuungsseilen c. In Abhängigkeit von den Jeweiligen Erfordernissen können weitere Seile c vorgesehen sein, ie es durch die gestrichelt dargestellten Seile d angedeutet ist.
Die Fig. 2a und 2b stellen Draufsichten auf Übertragungsvorrichtungen dar, die in verschiedener Weise verlegt sind. Nach Fig. 2b sind Ubertragungselemente seitlich mäandierend oder ausbauchend verlegt, um bei entsprechendem Durchhang der Seile einen größeren Bewegungsspielraum in vertikaler und horizontaler Richtung für die Übertragungselemente zu schaffen, um sie gegebenenfalls abschnittweise an die Wasseroberfläche heben zu können, ohne die Ubertragungsvorrichtung unterbrechen zu müssen. Die Länge der Seile kann hierbei so gewählt sein, daß sie auch noch durchhängen bzw. lockerhängen, wenn die Ubertragungselemente an die Wasseroberfläche gehoben worden sind.
Die Fig. Da, 3b und 3c stellen Beispiele für die Wahl der Anzahl der Schwimmer b und Seile c pro Längeneinheit oder Menge der Ubertragungselemente a entsprechend den Erfordernissen dar, wobei bb ein Beispiel für eine andere Größe eines Schwimmers b darstellt.
Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht einer verlegten Vorrichtung vom Meeresboden aus dar, wobei g ein Verankerungselement und h ein zusätzliches Halterungsseil bezeichnet.
Fig. 5 stellt eine Vorderansicht dar, in der e ein langgestrecktes Halterungsseil c in der Lage bezeichnet, die es beim Hochheben der Vorrichtung mittels eines Schiffes f einnimmt.
Weitere wesentliche Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Um eine funktionsfähige Ubertragungsvorrichtung zu erhalten, müssen das Gewicht der den Leiter, die Isolierung sowie eine dem Wasserdruck standhaltende Armierung aufweisenden Ubertragungselemente, aber auch das Gewicht der Halterungs- bzw. Vertäuungsseile, Verbindungselemente und eventueller weiterer Elemente und die Auftriebskraft der Schwimmer so aufeinander abgestimmt sein, daß di e die Ubertragungselemente längs der Verlegungsstrecke in der gewünschten Tiefe im Kräfte gleichgewicht hängen bzw. schweben oder schwimmen, wobei dafür gesorgt sein sollte, daß die Ubertragungselemente einen hinreichenden, die Verlegungsstrecke radial umgebenden Bewegungsspielraum aufweisen, wenn die Halterungs- bzw. Vertäuungsseile und Verankerungselemente alle in der richtigen Anordnung verlegt sind.
Von diesen Elementen können einige oder alle nachträglich mehrfach ergänzt werden, um die Ubertragungsleistung der Vorrichtung zu steigern. Außerdem können Gewichtselemente verwendet werden, um einen zu hohen Auftrieb auszugleichen.
Der Leiter des Ubertragungselements kann aus Kupfer oder Alu minium bestehen und auf öl basierende flüssige oder gasförmige Ubertragungssubstanzen enthalten, die in den meisten Fällen eininiprägniert und/oder eingepumpt sind, wie dies bei derartigen Hochspannungs-Kabeln üblich ist. Den Leiter (auch Seele genannt) kann eine Isolation aus einem hochempfindlichen imprägnierten Papier oder einem synthetischen Polymer umgeben.
Letztere wird sich voraussichtlich in den nächsten Jahren im Verlaufe der Weiterentwicklung der Isolationstechnologie tV Hochspannungs-Übertragungen durchsetzen. Zwischen Leiter und Isolierung können mehrere Papier-, Kohle- und Bleibänder verschiedener Art für eine gegebenenfalls erforderliche weitere Isolierung vorgesehen sein. Schließlich kann eine äußere Armierung zum Schutz gegen den Wasserdruck, mechanische Beanspruchungen und Umgebungseinflüsse vorgesehen sein. An dieser Armierung sind dann die Schwimmer bzw. Schwimmerelemente in entweder (A) kontinuierlicher oder (B) intermittierender/segmentierter Verlegung, in Abhängigkeit von der für geeignet oder erforderlich gehaltenen Abstützungsanordnung, befestigt, und zwar insbesondere im Hinblick auf die bestmögliche Einhaltung einer geeigneten radialen Krümmung der Ubertragungselemente, insbesondere der Isolation, und eines inneren Flüssigkeitsgleichgewichts und/oder -stroms. Die Schwimmerelemente können daher auch als eine modulare Einheit ausgebildet sein.
Die Schwimmer sind so ausgebildet, daß sie dem Druck in der gewählten Wassertiefe standhalten und für eine hydrodynamisch stabile Lage der Vorrichtung sorgen. Hierfür erscheint eine kugelige bis zylindrische Form, Je nach Größe und Anwendungsfall, am besten geeignet.
Um die Vorrichtung unter Wasser bei einem bestimmten Gewicht von Leiter, Isolation und Armierung und bei Verwendung intermittierender, segmentierter Schwimmer in einer neutralen Schwimmlage unter Wasser, d. h. im Kräftegleichgewicht, zu halten, kann die Größe der Schwimmer in Abhängigkeit von ihren Abständen entsprechend unterschiedlich gewählt werden.
Hierbei sind weiter Anzahl, Länge und Gewicht der Halterungsseile zu berücksichtigen, soweit deren Gewicht vom Auftrieb in der vorgesehenen Schwimmtiefe abweicht. Die Länge der Halterungsseile hängt von der Wassertiefe und dem gewünschten Durchhang bzw. der Ueberlänge der Seile ab, der bzw. die bei einer bestimmten Verlegung für erforderlich gehalten wird. Das Gewicht hängt von der Art des verwendeten Materials ab. Besonders geeignet sind polymere Kunststoffe, wie Nylon, Polyester oder Kevlar, in geflochtener oder verschlungener Form, um eine hohe Festigkeit und eine spezifische Dichte zu erzielen, die in der vorgesehenen Schwimmtiefe etwa der des Wassers gleicht. Für die Schwimmer ist ebenfalls ein polymerer Kunststoff besonders geeignet, vorzugsweise ein syntaktischer Schaumstoff, der eine niedrige spezifische Dichte, eine hohe Festigkeit und lange Lebensdauer bei den Umgebungsbedingungen aufweist, wie sie tief im Meer herrschen.
Um die Vorrichtung abschnittweise an die Wasseroberfläche bringen zu können, kann sie in einer etwa horizontalen Ebene etwa mäanderförmig verlegt sein und abschnittweise senkrecht von der Wasseroberfläche hochgehoben werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung, wenn das Ubertragungselement zwischen segmentierten Schwimmern hinreichend weit kettenlinienförmig durchhängt, abschnittweise durch Streckung des Durchhangs, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, an die Wasseroberfläche gehoben werden.
Weitere Zubehöreinrichtungen sind die Hauptelemente verbindende Elemente, soweit diese erforderlich sind, sowie gegebenenfalls vorgesehene Mittel, die dafür sorgen, daß der richtige Krümmungsradius der Kabelelemente an der Stelle ihrer Verbindung mit den Schwimmern eingehalten wird, insbesondere bei einem tiefen kettenlinienförmigen Durchhang.
Andere Vorrichtungen können elektronische Vorrichtungen sein, die akustische Signale auslösen, um beispielsweise ein sich näherndes Unterwasserfahrzeug zu warnen oder das Ubertragungselement zu orten, um es an die Wasseroberfläche zu bringen.
Ferner können Warnvorrichtungen vorgesehen sein, die bei zu hohem Wasserdruck ansprechen und selbst#tätig für eine Abschaltung sorgen, um eine Beschädigung oder Zerstörung zu vermeiden.
Beim Verlegen können Hilfsauftriebsmittel vorübergehend verwendet werden, um ein allmähliches Absenken von der Wasseroberfläche bis in die gewünschte Tiefe zu ermögliche>, während das Verlegungsschiff längs der Verlegungsstrecke weiterfSht.
Diese Mittel werden an sukzessiv verlängerten Halteseilen hinten am Schiff befestigt und zyklisch im selben Maße, in dem die Ubertragungsvorrichtung die richtige Tiefe erreicht, entfernt und nach vorn gebracht. Weiter kann zusätzlich ein zugelastisches Teil zwischen den Schwimmern angeordnet sein, um zu verhindern, daß auf die Ubertragungselemente zu hohe Zugspannungen ausgeübt werden, wenn die Schwimmer in der segmentierten Anordnung einen sehr großen Abstand haben. In der Regel wird dies Jedoch nicht erforderlich sein, es sei denn bei äußerst erschwerten Betriebsbedingungen oder extremem kettenlinienförmigen Durchhang.
Wenn mehrere parallele Ubertragungselemente verwendet werden sollen (um die Ubertragungsleistung zu erhöhen), können die Schwimmer entweder einzeln oder in Gruppen verwendet werden (wobei sie im ersten Falle größere Abmessungen haben und im letzten Falle über geeignete Mittel verbunden sein können).
In dem zuletzt genannten Falle können die Halterungs- bzw. Vertäuungsseile an einem oder mehreren Schwimmern befestigt sein, -und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl einzelner Halterungsseile, die an einer mittleren Leitung vorgesehen sind, sowie in Abhängigkeit von hydrodynamischen Stabilitätsanforde rungen an eine gruppierte Vielzahl dieser Schwimmer. Ferner können Halterungsstricke unmittelbar an der Armierung befestigt sein.
Diese Ubertragungsvorrichtung kann noch entsprechend den jeweiligen Bedingungen der Verlegung weiter abgewandelt werden.
Die erwähnten Hauptelemente sollten Jedoch mindestens vorgesehen sein.
Die erwähnten Leiter- und Isolationselemente können einem ölimprägnierten Hochspannungstyp aus dem Jahre 1917 entsprechen, aber auch ein Kunststoffdielektrikum aufweisen und für Hoch- oder Ultrahochspannung ausgelegt sein. Ferner kann es sich in der Praxis als vorteilhaft erweisen, die Schwimmer in den Kabelaufbau einzubeziehen.
Zusammenfassend ergibt sich daher eine Vorrichtung zur Ubertragung hochgespannter elektrischer Energie durch ein Gewässer hindurch, dessen Maximaltiefe und -druck größer als die maximale Tiefe und der maximale Druck ist, die zur Gewährleistung der Betriebsfähigkeit verfügbarer Ubertragungselemente dieser Vorrichtung sowie anderer für diese Ubertragungsvorrichtung vorgesehener Mittel zulässig sind. Die Vorrichtung weist mehrere funktionell vereinigte Elemente auf, die für die Übertragung wesentlich sind. Zu diesen gehören: ein Leitentement, ein Isolierungselement und ummantelnde und mechanisch armierende Elemente (die zusammen die Ubertragungselemente der Vorrichtung bilden), dazu Schwimmerelemente sowie halternde und verankernde Stabilisierungselemente, um die Leiterelemente in einer bestimmten Tiefe und Verlegungsstrecke zu halten, und zwar innerhalb eines vorbestimmten, die Verlegungsstrecke radial umgebenden Spielraums, und um zu verhindern, daß diese Elemente bis in eine Tiefe mit einem Druck absinken, der ihre Betriebsfähigkeit beeinträchtigt.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Ubertragung hochgespannter elektrischer Energie durch ein Gewässer hindurch, mit einer Anzahl von Ubertragungselementen, die einen Hochspannungsleiter, eine den Leiter vollständig umgebende Hochspannungs-Isolierung, sowie eine den Leiter und die Isolierung vollständig ummantelnde und mechanische Armierung bildende Elemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Armierungen Schwimmer bildende Elemente (b, bb) in einer solchen Anzahl, Größe und mit einer solchen Auftriebskraft diese abstützend angeordnet sind, daß die Elemente unter Berücksichtigung daran befestigter Halterungs- bzw. Vertäuungsseile (c, d, h) und Verankerungen bildender Stabilisierungselemente und alle Elemente verbindender Elemente bis zu einer die Betriebsfähigkeit der Ubertragungselemente sicherstellenden maximalen Tiefe unterhalb der Wasseroberfläche oberhalb des Bodens innerhalb eines die Verlegungsstrecke umgebenden radialen Spielraums im Kräftegleichgewicht hängen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Unterwasser-Übertragungsanlage eingeschaltet ist, die sich von einem Ufer zum anderen erstreckt und in ihren Endabschnitten funktionell ähnliche Ubertragungselemente ohne Schwimmer und Stabilisierungselemente aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leiter und Isolierung zusammen einen Durchmesser von mindestens So mm haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung ölimprägniertes Zellulosepapier aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung Fasern aus polymerem Kunststoff aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungs- bzw. Vertäuungsseile Fasern aus polymerem Kunststoff von geringerem spezifischem Gewicht als natürliche Fasern aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer aus schwimmfähigem syntaktischem Schaumstoff hergestellt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige Schwimmer in ununterbrochener Folge längs der Armierungen untereinander verbunden gleichbleibend nahe an den Armierungen befestigt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige Schwimmer unabhängig voneinander und in vorbestimmten Abständen längs der Armierungen gleichbleibend nahe an diesen befestigt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ubertragungselemente nebeneinander angeordnet durch Befestigungselemente verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige Schwimmer benachbarter Ubertragungselemente eine modulare Gruppe bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere zwischengeschaltete schwimmfähige Hochspannungsgeneratoren aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie elektronische Einrichtungen zum Warnen sich nähernder Fahrzeuge aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Feststellen und Ubermitteln des Absinkens der Ubertragungselemente in eine Tiefe, in der ein die Betriebsfähigkeit der Ubertragungselemente möglicherweise beeinträchtigender Wasserdruck herrscht, aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststelleinrichtungen selbsttätige, im Falle eines Absinkens bis in eine unzulässige Tiefe auf die Ubertragungselemente einwirkende Abschalteinrichtungen aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Gewichte aufweist, die einem zu hohen Auftrieb entgegenwirken.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Tiefe von der mechanischen Festigkeit der Ubertragungselemente abhängig ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Tiefe von der Druckfestigkeit der Ubertragungselemente abhängig ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer innerhalb des Mantels und der Armierung integriert angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer in Abständen unter Berücksichtigung des aus Festigkeitsgründen zulässigen Krümmungsradius der kettenlinienförmig zwischen den Schwimmern durchhängenden Ubertragungs elemente angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Isolierung und deren Biegefestigkeit gewählt sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung eine Ubertragungssubstanz in normalem Zustand oder unter Druck im Leiter und/oder in der Isolierung aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungs- bzw. Vertäuungsseile eine Uberlänge aufweisen, die den ÜbertragungseLementen Bewegungsfreiheit innerhalb des radialen Spielraums läßt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlegungsstrecke in einer etwa horizontalen Ebene verläuft.