DE2554650C3

DE2554650C3 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen erdverlegter Starkstromkabel

Info

Publication number: DE2554650C3
Application number: DE19752554650
Authority: DE
Inventors: Jacques Saint-Bruno Bonneville; Mazin A. Longueuil Kellow; James H. Chambly Vansant
Original assignee: Hydro Quebec
Current assignee: Hydro Quebec
Priority date: 1975-12-05
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2554650A1; DE2554650B2

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 Flüssigkeitsabführungsleitung39^l, 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

Patentansprüche:

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.