DE2554650C3 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter StarkstromkabelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel mit einer Kühlflüssigkeit
entsprechend den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des vorsiehenden Patentanspruches 1
sowie auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Bei einer derartigen bekannten Kabelkühlung (US-PS 31 11 551) sind zwei geschlossene Kühlmittelkreisläufe
zu unterscheiden: Eine erste Kabelkühlung erfolgt mit halbleitender Flüssigkeit auf hohem Potential innerhalb
der Kabelisolation. In dem entsprechenden Kreislauf liegen eine Förderpumpe und ein Wärmetauscher. Eine
zweite Kühlflüssigkeit fließt zwischen der inneren Kabelisolation und einem rohrförmigen Metallmantel,
der am Erdpotential liegt Für die zweite Flüssigkeit kann also in üblicher Weise öl oder Wasser gewählt
werden. Sie wird durch eine Pumpe durch jeweils einen Längsabschnitt des Kabels im Umlaufsystem gepumpt.
Es versteht sich, daß das öl oder Wasser durch mit Luft
oder mit Wasser gekühlte Wärmetauscher geführt werden kann. Zum ausreichenden Abführen der Wärme
wird ein erheblicher Flüssigkeitsdurchsatz benötigt und die sektionsweise angeordneten Pumpen müssen
entsprechend dimensioniert sein.
Der Erfindung liegt, ausgehend von der vorbeschriebenen Kühlvorrichtung, die Aufgabe zugrunde, die
äußere Kabelkühlung mit billigem apparativem Aufwand in ihrer Kühlwirkung zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Zunächst sorgt der vorgesehene Verteiler für einen direkten Flüssigkeitskontakt, so daß einmal die Flüssigkeit
selbst wie im bekannten Fall als Kühlmittel bzw. zum Wärmeabtransport dient. Zum anderen fördern
diese Verteilung und die eingesetzte Blas- oder Saugvorrichtung, ein Gebläse oder eine Vakuumpumpe,
in überraschend vorteilhafter Weise eine Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit, wobei den Kabeln Wärme
entzogen und mit der zusätzlichen Strömung bzw. mit dem Dampf über die Abführungsöffnung abgeführt
wird.
Als Flüssigkeitsverteiler dient bevorzugt eine die Kabel umgebende Kapillarstruktur, die in die Flüssigkeit
taucht und durch Kapillarkraft für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit im Bereich der Kabeloberflächen
sorgt.
Weiterhin kann als Flüssigkeitsverteiler ein flexibles Rohr vorgesehen sein, welches sich in Längsrichtung
der geschlossenen Kammer erstreckt und über den in der Kammer liegenden Starkstromkabeln angeordnet
ist, wobei das Rohr Sprühdosen aufweist und an eine Wasserpurnpe angeschlossen ist. In diesem Fall entsteht
ein Wassernebel, der an der zusätzlichen Strömung teilnimmt, womit sich eine für die Wärmeabfuhr
günstige Temperaturverteilung ergibt
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Der Erfindung liegt, ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Kühlverfahren, weiterhin die
Aufgabe zugrunde, die Arbeitstemperatur des Kabels bzw. der Kabel durch Eingriffe in die Führung der
äußeren (zweiten) Kühlflüssigkeit zu senken, bzw. die übertragbare elektrische Leistung erhöhen zu können:
denn bei erdverlegten Starkstromkabeln ist die übertragbgre elektrische Leistung durch die höchstzulässige
Arbeitstemperatur des Kabels begrenzt Die Temperatur steht in direkter Beziehung zu der vom
Kabel entwickelten Wärme, der Fähigkeit der Umgebung, des Bodens, diese Wärme abzuführen und der
Leistungsfähigkeit der forcierten Kühlung. Die thermische Leitfähigkeit des Bodens ist begrenzt, die
Kühlwirkung des bekannten zweiten Kühlkreislaufes kann wie beschrieben nur durch Erhöhung des
Flüssigkeitsdurchsatzes bis zu durch baulicne Bedingungen gegebenen Grenzen erhöht werden.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des vorstehenden
Patentanspruches 9.
Die Temperatur des bzw. der Kabel läßt sich somit vorteilhaft senken durch die Zuführung von Flüssigkeit
zu und längs der geschlossenen Kammer, welche sich jeweils längs eines Längenabschnitts der Starkstromkabel
erstreckt, die Verteilung dieser Flüssigkeit in der geschlossenen Kammer und indem vorzugsweise ein
Druckluftstrom längs der Länge der geschlossenen Kammer geführt wird, um die Verdampfung der
Flüssigkeit zu unterstützen und um verdampfte Flüssigkeit von den Starkstromkabeln und damit die von
letzteren erzeugte Wärme abzuführen. Die Druckluft, welche mit verdampfter Flüssigkeit beladen ist, wird
dann aus der geschlossenen Kammer abgezogen. Alternativ dazu kann auch ein Unterdruck erzeugt und
damit die Verdampfung gefördert und gesteuert werden.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Starkstromkabel-Anlage mit einer Kühlvorrichtung,
Fig.2 einen vergrößerten vertikalen Querschnitt längs der Linie H-Il durch die geschlossene Kammer des
Ausführungsbeispieles der Fig. 1,
Fig. 3 die Ansicht der schematischen Darstellung eines Mannloches mit einer Vorrichtung zum Kühlen
eines Starkstromkabels mit einer Vakuumpumpe,
Fig.4 eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung der
F i g. 3,
Fig.5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausbildung der Kammer der Vorrichtung,
teilweise durchgebrochen, um die innere Konstruktion zu zeigen, und
Fig.6 den vertikalen Querschnitt einer Ausführung
gemäß F i g. 5, längs der Linie VI-VI.
Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform betrifft einzeln ummantelte Kabel, doch ist die
Erfindung ebenfalls anwendbar auf andere Typen erdverlegter Kabel-Installationen, wie beispielsweise
auf Konstruktionen mit ölgefüllten Rohren.
Gemäß Fig. 1 und 2 wird die Vorrichtung in einer dreiphasigen Hochspannungs-Übertragungsanlage angewandt,
welche drei einzeln ummantelte Kabel 10 aufweist, die in einer geschlossenen Kammer 12
angeordnet sind. Drei Kabe' sind in der geschlossenen Kammer 12 dargestellt, doch kann selbstverständlich
die Erfindung auf jede beliebige Anzahl von Kabeln angewandt werden, je nach der Größe der verwendeten
geschlossenen Kammer 12. Die Kabel 10 haben, wie dies in Fig.2 erkennbar ist in Segmente aufgeteilte
Kupferleiter 14, eine zentrale Olführung 16, eine Isolierung 18 aus ölimprägniertem Papier, eine Metallhülle
20 und eine extrudierte Polyäthylenhülle 22.
Gemäß Fig.2 weist jedes Starkstromkabel 10 eine äußerste poröse Materialschicht aus porösem Material
24 auf, welche auf die Kabel während der letzten Phase der Herstellung aufgebracht wird. Ein Gleitdraht (skid
wire) kann darüber hinaus auf die Außenfläche der
ι? Schicht 24 aufgebracht werden. Die poröse Schicht 24
kann aus Jute, Glaswolle oder anderen Materialien besrehen, die Wasser gut zurückhalten und chemisch
widerstandsfähig sind.
Der untere Abschnitt der geschlossenen Kammer 12 begrenzt einen ersten Durchgang, der sich über die
gesamte Länge der Kammer erstreckt und Flüssigkeit 26 enthält. Der obere Teil der Kammer enthält einen
zweiten Durchgang, der sich ebenfalls über die gesamte Länge der Kammer erstreckt und in den der Dampf
J-. strömt. Da Abschnitte der porösen Materialschichten 24 die Flüssigkeit 26 berührten, wie dies in F i g. 2
dargestellt ist, versteht es sich, daß einige der Starkstromkabel und der zugehörigen porösen Schichten
beide Durchgänge berühren. Die Kapillarwirkung
in der porösen Schicht verteilt die Flüssigkeit 26 über die
Außenflächen der Starkstromkabel. Die Flüssigkeit 26 ist vorteilhaft Wasser, welches entionisiert und gechlort
wurde, um den Aufbau von Salzen und das Wachstum lebender Organismen in der geschlossenen Kammer 12
J) und auf den Außenflächen der Kabel 10 zu vermeiden.
Eine kleine Wasserpumpe 28 ist in einem Mannloch 30 angeordnet und dient dem Pumpen der Flüssigkeit 26
aus einem Behälter 32, welcher sich im Mannloch befindet, durch eine Flüssigkeitszuführung 34, die sich an
in der geschlossenen Kammer befindet, in die geschlossene
Kammer 12 hinein. Die Flüssigkeit 26 fließt in Längsrichtung der geschlossenen Kammer 12 durch
Schwerkraft, da die geschlossene Kammer nach unten, von der Zuführung 34 hinweg, zu einem Überströmbe-
r> hälter 36 geneigt ist, der sich am entgegengesetzten
Ende der geschlossenen Kammer 12 befindet. Eine Flüssigkeitsabführungsleitung39l, nach Fig. 1 am Boden
des Überströmbehälters, führt die Flüssigkeit, die im Überströmbehälter 36 sich angesammelt hat, einem
>() Behälter 32 im Mannloch 30 zu. Die Flüssigkeit 26 wird
in der geschlossenen Kammer 12 dauernd in einem Ausmaß verdampft, welches direkt vom Ausmaß der
Erwärmung der Kabel 10 abhängt, und zum Teil auch von anderen Betriebsbedingungen des Systems. Das
v, Wasser in den Hauptbehältern 32 kann von zentralen,
an Unterstationen angeordneten Behältern mittels einer Leitung ergänzt werden, die neben oder in der
geschlossenen Kammer 12 verläuft.
Kabelanschlüsse 38 zwischen den einzelnen Kabelab-
M> schnitten sind in den Mannlöchern 30 angeordnet,
welche jeweils in etwa 400 bis 600 m Entfernung voneinander längs der Anlage angeordnet sind. Zur
Vereinfachung der vorliegenden Beschreibung ist die Kühlung der Kabelanschlüsse und der Kabelblenden
>.i nicht angegeben, obgleich der vorbeschriebenen Kühlvorrichtung
ähnliche auch für diese Teile der Anlage anwendbar sind. Endplatten 40 der geschlossenen
Kammer 12 sind in den Mannlöchern 32 aneeordnet und
auf die Kabel 10 dicht aufgebracht, wodurch die geschlossene Kammer 12 zwischen den Mannlöchern
relativ luftdicht wird.
Gemäß Tig. 1 befinden sich im Mannloch 30 auch
Gebläse 42 mit Niederdruckventilatoren hoher Leistung. Die Gebläse 42 dienen zur Entfernung der durch
die Erwärmung der erdverlegten Kabel verdampften Flüssigkeit durch Abführungsleitungen 44. Vom Gebläse
42 angesaugte Luft tritt in das Mannloch 30 durch öffnungen 46 der Abdeckung des Mannloches ein. Ein
Filter 48 kann entweder am Eingang oder am Ausgang des Gebläses 42 angeordnet sein. Es dient dazu.
Verunreinigungen von der in die geschlossene Kammer 12 eintretenden Luft zu entfernen, um eine vernünftige
Reinheit im Inneren der geschlossenen Kammer aufrechtzuerhalten und um einer Verschmutzung der
Überflächen der Kabel 10 vorzubeugen. Die vom Gebläse 42 abgegebene Druckluft strömt durch eine
Leitung 43 und tritt in die geschlossene Kammer 12 ein, wobei ein turbulenter Luftstrom in dieser Kammer
erzeugt wird, der über die Länge der geschlossenen Kammer 12 fließt, hierbei die Verdampfung von
Flüssigkeit in der geschlossenen Kammer unterstützt und die erhaltene verdampfte Flüssigkeit aus der
geschlossenen Kammer 12 durch die Abführungsleitung 44 abführt, die sich im Mannloch 30 befindet. Die
Luft-Dampfmischung wird dabei in die Atmoshäre ausgeblasen und somit die in den Kabeln 10 erzeugte
Wärme abgeführt.
Die Druckluft tritt in die geschlossene Kammer 12 mit niederer relativer Feuchtigkeit ein. Schnell wird bei der
Aufnahme von Dampf der Sättigungsgrad erreicht, wobei ein geringer Temperaturabfall erfolgt. Strömt die
Druckluft längs der geschlossenen Kammer, so steigt ihre Temperatur wegen der erzwungenen Konvektion
und der Verdampfungs- Kondensations-Prozesse. Dieser Anstieg der Temperatur bewirkt eine wesentliche
Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der Luft, d. h., die Fähigkeit der Luft, eine erhöhte Menge von Dampf pro
Volumeneinheit aufzunehmen, nimmt zu. Infolgedessen kann die Luft größere Wärmemengen transportieren,
wobei sie jedoch nur eine minimale Temperaturerhöhung erfährt, so daß sie ein geeignetes Medium zum
Kühlen der Starkstromkabel 10 ist. Darüber hinaus erfolgen Wärmeübertragung und Dampfkondensierung
an der inneren Oberfläche der geschlossenen Kammer 12, wobei die Wärme durch den umgebenden Boden
verteilt wird, welcher in seinem üblichen Rahmen als Kühlmedium wirkt.
Gemäß den Fig.3 und 4 kann die Verdampfung in
der geschlossenen Kammer 12 durch Aufrechterhaltung eines Unterdruckes in dieser Kammer erzielt werden.
Zur Erzielung dieses Unterdruckes wird eine Vakuumpumpe 50 anstelle des Gebläses 42 verwendet. Die
Vakuumpumpe 50 ist im Mannloch 30 angeordnet und ist mit ihrem Eingang 52 an die geschlossene Kammer
12 angeschlossen. Hierbei weist die geschlossene Kammer 12 Endplatten 40 auf, welche dicht auf die
Kabel 10 aufgebracht sind, um einen luftdichten Abschluß zu erhalten. Darüber hinaus kompensiert dii
Verwendung einer Vakuumpumpe Lecks des Systems Die Flüssigkeit wird der geschlossenen Kammer 12 übe
die Flüssigkeitszuführung 34 zugeführt und in dieser it der vorstehend beschriebenen Weise verteilt. Di<
Flüssigkeitszuführung 34 und der Überströmbehälter 3( können auch beide am unteren Ende der abwärt:
geneigten Kammer 12 angeordnet sein, wobei dii Flüssigkeit durch ein kleines Rohr in die geschlossent
ίο Kammer 12 gepumpt und am entgegengesetzten Ende
der geschlossenen Kammer 12 von einem kleinen Rohr ausgegeben wird.
Die Vakuumpumpe 50 wird angewandt, um den Druck in der geschlossenen Kammer auf 50 bis 100 mm
r> Quecksilbersäule (absolut) zu vermindern und so eine
schnelle Verdampfung der Flüssigkeit zu erreichen. Verwendet man beispielsweise Wasser als Flüssigkeit,
so kocht dieses bei 38 bis 52°C. Der erzeugte Dampf wird von der Vakuumpumpe 50 abgezogen und durch
.'(i die Ausblasleitung 54 in die Atmosphäre abgeblasen,
wodurch die in den Kabeln erzeugte Wärme verteilt wird. Darüber hinaus findet eine gewisse Kondensation
an der Innenfläche der geschlossenen Kammer 12 statt, wobei die abgegebene Wärme durch den umgebenden
2> Boden verteilt wird. Verwendet man eine hinreichend
große (weite) geschlossene Kammer, so sind die Unterschiede des Dampfdruckes längs der Kammer, die
zur Erzeugung des Dampfflusses erforderlich sind, gering. Die Dampftemperatur und die Oberflächentem-
jn peratur der Kabel sind dann längs der geschlossenen
Kammer 12 in gewünschter Weise gleichförmig. Die Oberflächentemperatur der Kabel kann darüber hinaus
durch Änderung der Pumpleistung der Vakuumpumpe 50 gesteuert werden und somit auch der entsprechende
J5 Druck in der geschlossenen Kammer 12.
Gemäß den Fig. 5 und 6 kann die poröse Materialschicht durch Verwendung eines flexiblen
Rohres 56 ersetzt werden, welches an der Innenfläche der geschlossenen Kammer 12 mittels eines zylindrisehen
Kanals 58 angeordnet ist, der in Längsrichtung geschlitzt und an der Innenfläche der geschlossenen
Kammer 12 angebracht ist. Der Kanal ist derart aufgebaut, daß er in der geschlossenen Kammer 12 über
dem Starkstromkabel in sich das flexible Rohr 56 trägt Dieses weist Sprühdüsen 60 auf, die sich nach unten
erstrecken und in gleichmäßigen Abständen über die Länge des Rohres 56 verteilt sind. Der Strom der
Flüssigkeit im flexiblen Rohr wird von einer kleinen Pumpe im Mannloch erzeugt, wobei diese Pumpe eine
Ansaugleitung hat, die mit dem Hauptbehälter im Mannloch 30 verbunden ist. Die Düsen 60 erzeugen
einen Wassernebel in der geschlossenen Kammer, welcher vom Luttstrom mitgenommen wird. Eine
Kühlung wird durch Verdampfen kleiner Flüssigkeitströpfchen erreicht, die vom Luftstrom mitgerisser
werden. Auch bei dieser Art der Flüssigkeitsverteilung kann eine Verdampfung der Flüssigkeit durch die
vorbeschriebene Verwendung und Steuerung der Vakuumpumpe 50 erzielt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere
mit Wasser, wobei an einem Ende einer sich über jeweils einen Längsabschnitt des bzw. der wärmeabgebenden
Kabel(s) erstreckenden, des bzw. die Kabel enthaltenden, jedoch gegenüber dem jeweiligen
Kabelinnenraum geschlossenen Kammer eine Leitung zur Flüssigkeitszuführung und am anderen
Ende eine Leitung zur Flüssigkeitsabführung liegen, die an äußere Förder- und Leitglieder der Flüssigkeit
angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteiler zur Verteüung der
zugeführten Flüssigkeit über die Oberfläche(n) des bzw. der Kabel(s), eine Vorrichtung (42 bzw. 50) zur
Erzeugung einer den an der bzw. den Oberfläche(n) entstehenden Dampf abführenden zusätzlichen
Strömung oberhalb der Flüssigkeitsströmung in der Kammer (12) sowie eine Abführungsöffnung (44
bzw. 54) zur Abtrennung des Dampfes von der über die Flüssigkeitsabführung (39) abgeführten Restflüssigkeit
vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler eine poröse,
eine Kapillarstruktur darstellende Materialschicht (24) aufweist, weiche jedes Kabel (10) umgibt und mit
der Flüssigkeit in Kontakt steht
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler in der
geschlossenen Kammer (12) ein flexibles Rohr (56) aufweist, welches sich in Längsrichtung der geschlossenen
Kammer (12) erstreckt und über den in der Kammer (10) liegenden Starkstromkabeln (10)
angeordnet ist, wobei das Rohr (56) Sprühdüsen (60) aufweist und an eine Wasserpumpe angeschlossen
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (12) von der
Flüssigkeitszutuhröffnung (34) hinweg abwärts geneigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch ein Gebläse (42) als Vorrichtung
zur Erzeugung der zusätzlichen Strömung mittels eines turbulenten Luftstromes, welches
Gebläse (42) an das Ende der geschlossenen Kammer (12) angeschlossen ist, das nahe der
Flüssigkeitszuführung (34) angeordnet ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (48) zwischen dem Austritt
des Gebläses (42) und der geschlossenen Kammer (12) angeordnet ist
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zum
Abführen der verdampften Flüssigkeit dienende Vakuumpumpe (50) als Vorrichtung zur Erzeugung
der zusätzlichen Strömung mittels Unterdruck, deren Eingang (52) mit der geschlossenen Kammer
(12) verbunden ist und deren Ausgang (54) in die freie Atmoshäre mündei.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsabführung
(39) der Kammer (12) in einen Behälter (32) mündet, der über eine Pumpe (28) mit der
Flüssigkeitszuführung der stromabwärts benachbarten Kammer (12) verbunden ist.
9. Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere
mit Wasser, wobei die Flüssigkeit an einem Ende einer sich über einen Längsabschnitt des bzw. der
wärmeabgebenden Kabei(s) erstreckenden geschlossenen Kammer zu- und am anderen Ende
derselben abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der geschlossenen Kammer
verteilt, daß in der Kammer neben dem Flüssigkeitsstrom ein den verdampften Anteil der Flüssigkeit
mitführender Luftstrom erzeugt und getrennt von ersterem aus der Kammer abgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19752554650 DE2554650C3 (de) | 1975-12-05 | 1975-12-05 | Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19752554650 DE2554650C3 (de) | 1975-12-05 | 1975-12-05 | Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel |
Publications (3)
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DE2554650C3 true DE2554650C3 (de) | 1978-09-21 |
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ID=5963491
Family Applications (1)
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DE19752554650 Expired DE2554650C3 (de) | 1975-12-05 | 1975-12-05 | Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2554650C3 (de) |
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