DE2554904A1

DE2554904A1 - Wassergekuehltes hochspannungs-energiekabel mit aeusserer thermischer isolation

Info

Publication number: DE2554904A1
Application number: DE19752554904
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Ing Brakelmann
Original assignee: Felten and Guilleaume AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DE2554904C3; DE2554904B2

Description

WassergekUhltes Hochspannungs-Energiekabel
mit äußerer thermischer Isolation Zusatzanmeldung zu P 24 60 954.9 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein wassergekUhltes Hochspannungs-Energiekabel bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem Kabelmantel mit thermischer Tsolation, wobei der Kabelmantel aus einem inneren und einem äußeren Rohr besteht, zwischen denen die rohrförmige thermische Isolation angeordnet ist,nach Patentanmeldung P 24 60 954.9.
Bei dem Kabel gemaß der vorstehender. Hauptanmeldung entspricht der linearen Erwärmung des Tnnenleiters entlang der Kabellängsachse vom Kabelanfang zum Kabelende nicht eine proportionale Erwärmung des Kabelmantels. Das hat zur Folge, daß die radiale Feldstärkebelastung in der Kabel isolierung längs des Kabels nicht konstant ist sondern ansteigt, wenn dieses Kabel als Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungskabel eingesetzt wrd. Daraus folgt, daß die Kabelisolierung im Uberwiegenden Kabelteil überdimensioniert ist, da sie fUr die höchste Belastung, die aber nur in einem relativ kleinen Abschnitt auftritt, ausgelegt sein muß.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Kabel wie eingangs beschrieben, derart zu verbessern, daß bei derselben elektrischen Belastbarkeit die Lsolierungsdicke der Kabelisolierung verringert werden kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die radiale Temperaturverteilung in der Kabelisolierung derart gesteuert ist, daß sich über die gesamte Kabellänge in der Kabel isolierung eine konstante Feldstärke einstellt. Dazu kann es nach der Erfindung von Vorteil sein, wenn die Dicke der thermischen Isolation und damit deren thermische Tsolation und somit deren thermischer Widerstand entlang der Kabellänge mit zunehmender Kuhlmitteltemperatur kontinuierlich oder abschnittsweise ansteigt. Dieser Aufbau der thermischen Isolation bewirkt, daß die Temperaturdifferenz zwischen Innenleiter und Kabelmantel längs der Kabellänge konstant bleibt und somit eine konstante Feldstärkeverteilung erreicht wird, woraus eine einheitliche Belastung der gesamten Kabelisolierung resultiert. Wird die Wärmeisolation nur abschnittsweise verändert, so ergibt sich zwar innerhalb jeden Abschnitts eine gewisse Feldstärkeveränderung.
Jedoch wird dieser Nachteil durch die mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung verbundenen fertigungstechnischen Vorteile mehr als ausgeglichen. Die Veränderung des thermischen Widerstandes und damit auch die der Tsolationsdicke kann erfindungsgemäß gemäß der Gleichung

Tu' CR (VL - JU) - T1, - TKorr'

erfolgen, wobei eine optimale Kabelauslegung erreicht wird.
Dabei bedeutet: spezifischer thermischer Widerstand der elektrischen Isolierung = I= Umgebungstemperatur T t thermischer Widerstand Je Langeneinheit der elektrischen solierung TKorr'= thermischer Widerstand des Kabel-Korrosionsschutzes α = Temperaturkoeffizient Erfindlongsgemäß kan es auch von Vorteil sein, wenn zwischen den beiden Rohren ein äußeres KUhlmitte3 fließt, dessen Strömungsgeschwindigkeit derart eingestellt ist, daß eine Temperatur an jeder Stelle des Kabels die Gleichung

(Ti' + P \ i korr

erfüllt. Durch die unsere zusätzliche ZwangskUhiung kann der radiale Wärmefluß in der Kabelisolierung ebenfalls beeinflußt werden.
Dabei ist darauf zu achten, daß die Manteltemperatur ebenso linear ansteigt, wie die Temperatur am Innenleiter, so daß eine konstante Temperaturdifferenz sich einstellt, die maßgebend für die radiale Feldstärkeverteilung in der Kabelisolierung ist.
Da zur Erfüllung der vorstehenden Temperaturverteilung nur verhältnismäßig geringe Wärmemengen abzuführen sind, kann in Ausgestaltung der Erfindung als äußeres KUhlmittel das zurückgeführte, durch das Leiterinnere strömende Kühlmittel verwendet werden. Dabei genügt zur AbkUhlung des Wassers bereits eine kleine KUhlstation. Errindungsgemäß kann aber auch einfach ein Gas, z. B. Luft, zur äußeren Zwangskühlung Verwendung finden, was eine besonders kostengünstige Lösung darstellt.
Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel mit sich ueber die Kabellänge verändernder Wärmeisolation Fig 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel mit äußerer Zwangskühlung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht ein erfindungsgemäBes Hochspannungs-Gleichstrom-Energiekabel 1 mit innerer Wasserkühlung aus einem inneren Kühlmittelrohr 2 beispielsweise aus Edelstahl, das von einem elektrischen Leiter 3 umgeben ist, der im dargestellten beispiel als ein auf das KUhlmittelrohr 2 aufgepreßtes Aluminiumrohr ausgebildet ist. Der elektrische Leiter 3 ist von einer elektrischen Isolierung 4, beispielsweise einer Ölpapier-Isolierung umgeben. Die aus dem KUhlmittelrohr 2, dem elektrischen Leiter 5 und der elektrischen Isolierung 4 gebildete Kabelseele befindet .sich m einem inneren Rohr 5, das beispielsweise spiral- oder ringgewellt ist. Zwischen der elektrischen Isolierung 4 und dem inneren Rohr 5 befinden sich sprialförmig verlaufende Abstandhalter 6.
Das innere Rohr 5 mit der Kabelseele ist in ein äußeres Rohr 7 beispielsweise aus Stahl eingezogen. Zwischen dem inneren Rohr 5 und dem äußeren Rohr 7 befindet sich eine thermische Isolation 8, beispielsweise aus geschäumtem Kunststoff wie Polyurethan. Die thermische Isolation 8 ist im dargestellten Beispiel unmittelbar auf die Innenwandung des äußeren Rohres 7 aufgeschäumt und ihre Isolationsdicke nimmt kontinuierlich vom Kabelanfang zum Kabelende hin zu und zwar derart, daß eine konstante Temperaturdifferenz entlang der Kabel längsachse zwischen dem elektrischen Leiter 3 und dem inneren Rohr 5, der thermischen Isolation 8 und dem äußeren Rohr 7, die zusammen den Kabelmantel bilden, eingehalten wird. Auf der Außenseite des äußeren Rohres 7 befindet sich als Korrosionsschutz eine plastische Masse 9, die noch von einem Mantel 10, beispielsweise aus Polyvenylchlorid, umgeben ist. Die t;wermische Isolation 8 ist rohrförmig ausgebildet.
In Fig. 2 ist ein errindungsgemäßes Hochspannungs-Energiekabel 1 dargestellt, daß in allen wesentlichen Merkmalen dem in Fig. 1 dargestellten entspricht. Allerdings hat das in Fig. 2 dargestellte Kabel eine thermische Isolation 8 von Uber die Kabellängsachse gleichmItßr Dicke. Bei diesem Kabel wird jedoch um eine einheitliche Temperaturdifferenz Uber die Kabellänge zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kabelmantel zu erhalten, eine äußere Zwangskühlung durchgefUhrt, indem ein Kühlmittel 11, beispielsweise Luft oder das rUckgefUhrte und abgekühlte durch den Innenleiter fließende KUhlmittel zwischen dem inneren Rohr 5 und dem äußeren Rohr 7 mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit hindurchgeführt wird.

Claims

AnsprUche: ¼ I, Wassergekhltes t!oehspannungs-Energiekabel, insbesondere Hochspannungs-Gleichstrom-Energiekabel, bestehend aus einem elektrisciien Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Tsolierung und einem Kabelmantel mit thermischer Isolation, wobei der Kabelmantel aus einem inneren und äußeren Rohr besteht, zwischen denen die rohrförmige thermische Isolation angeordnet ist nach Patentanmeldung P 24 60 954.9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die radiale Temperaturverteilung in der Kabelisolierung (4) derart gesteuert ist, daß sich für die gesamte Kabellänge in der Kabelisolierung (4) eine konstante Feldstärke einstellt.
2. flochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dicke der thermischen Isolation (8) und damit deren thermischer Widerstand entlang der Kabellänge mit zunehmender Kühlmitteltemperatur kontinuierlich oder abschnittsweise ansteigt.
3. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich der thermische Widerstand gemäß der Gleichung vom Kabelanfang zum Kabelende verändert.
4. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den beiden Rohren (5, 7) ein äußeres Kühlmittel (11) fließt, dessen Strömungsggschwindigkeit derart eingestellt ist, daß seine Temperatur a an jeder Stelle des Kabels (1) die Gleichung erfüllt.
5. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e t c h n e t, daß als äußeres Kühlmittel (11) das rückgeführte, durch das Leiterinnere strömende Kühlmittel verwendet wird.
6. Hochsyiannlrngs-Energiekabe] nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als äußeres Kühlmittel (11) ein Gas, z. B. Luft, verwendet wird.