DE2554904C3

DE2554904C3 - Wassergekühltes Hochspannungsenergiekabel

Info

Publication number: DE2554904C3
Application number: DE19752554904
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. 5000 Koeln Brakelmann
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2554904A1; DE2554904B2

Description

A \ T" T"

.-Vj-T₁- T_K,

Kon

" In

dabei bedeutet:

ρ_Γ = spezifischer thermischer Widerstand

der elektrischen Isolierung

#u = Umgebungstemperatur

Τι = thermischer Widerstand je Längeneinheit der elektrischen Isolierung

Τ'κοπ = thermischer Widerstand des Kabel-Korrosionsschutzes

λ = Temperaturkoeffizient

vom Kabelanfang zum Kabelende verändert.

4. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Rohren (5, 7) ein äußeres Kühlmittel (11) fließt, dessen Strömungsgeschwindigkeit derart eingestellt ist, daß seine Temperatur #_a an jeder Stelle des Kabels (1) die Gleichung

In

a. ■ (i_r

erfüllt.

5. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als äußeres Kühlmittel (11) das rückgeführte, durch das Leiterinnere strömende Kühlmittel verwendet wird.

6. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als äußeres Kühlmittel (11) ein Gas, z. B. Luft, verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem Kabelmantel mit

thermischer Isolation, bei dem die thermische Isolation aus einem vorgefertigten Rohr besteht und innerhalb des aus einem inneren und einem äußeren Rohr gebildeten Kabelmantels angeordnet ist gemäß Patent 24 60 954.

Bei dem Kabel gemäß Hauptpatent entspricht der linearen Erwärmung des Innenleiters entlang der Kabellängsachse vom Kabelanfang zum Kabelende nicht eine proportionale Erwärmung des Kabelmantels. Das hat zur Folge, daß die radiale Feldstärkebelastung in der Kabelisolierung längs des Kabels nicht konstant ist sondern ansteigt, wenn dieses Kabel als Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel eingesetzt wird. Daraus folgt, daß die Kabelisolierung im überwiegenden Kabelteil überdimensioniert ist, da sie für 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 Isolierungsdicke der Kabelisolierung verringert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die radiale Temperaturverteilung in der Kabelisolierung derart gesteuert ist, daß sich über die gesamte Kabellänge in der Kabelisolierung ekle konstante Feldstärke einstellt.

Dazu kann es von Vorteil sein, wenn die Dicke der thermischen Isolation und damit deren thermischer Widerstand entlang der Kabellänge mit zunehmender Kühlmitteltemperatur 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 fertigungstechnischen Vorteile mehr als ausgeglichen.

Die Veränderung des thermischen Widerstandes und damit auch die der Isolationsdicke kann gemäß der Gleichung

erfolgen, wobei eine optimale Kabelauslegung erreicht wird. Dabei bedeutet:

ρ_Γ = spezifischer thermischer Widerstand der

elektrischen Isolierung

■{}„ = Umgebungstemperatur

77 = thermischer Widerstand je Längeneinheit

der elektrischen Isolierung

Tkorr = thermischer Widerstand des Kabel-Korrosionsschutzes

α = Temperaturkoeffizient

Es kann auch von Vorteil sein, wenn zwischen den beiden Rohren ein äußeres Kühlmittel fließt, dessen Strömungsgeschwindigkeit derart eingestellt ist, daß eine Temperatur #_a an jeder Stelle des Kabels die Gleichung

(77

erfüllt.

Durch die äußere zusätzliche Zwangskühlung 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, d;a maßgebend für die radiale Feldstärkeverteilung in der Kabelisolierung ist

Da zur Erfüllung der vorstehenden Tempera tu: verteilung mn verhältnismäßig geringe Wärmemengen abzuführen sind, kann als äußeres Kühlmittel das zurückgeführte, durch das Leiterinnere strömende Kühlmittel verwendet werden. Dabei genügt zur Abkühlung des Wassers bereits eine kleine Kühlstation.

Es kann aber auch einfach ein Gas, z. B. Luft, zur äußeren Zwangskühlung Verwendung finden, was eine besonders kostengünstige Lösung darstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Kabel mit sich über die Kabellänge verändernder Wärmeisolation,

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Kabel mit äußerer Zwangskühlung.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist besteht dort ein 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 Kühlmittelrohr 2 aufgepreßtes Aluminiumrohr ausgebildet ist. Der elektrische Leiter 3 ist von einer elektrischen Isolic. _.ig 4, beispielsweise einer Ölpapier-Isolierung umgeben. Die aus dem Kühlmittel rohr 2, dem elektrischen Leiter 3 und der elektrischen Isolierung 4 gebildete Kabelseele befindet sich in einem inneren Rohr 5, das beispielsweise spiral- oder ringgewellt ist Zwischen der elektrischen Isolierung 4 und dem inneren Rohr 5 befinden sich spiralförmig 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 Kabellängsachse zwischen dem elektrischen Leiter 3 und dem inneren Rohr 5, der thermischen Isolation 8 und dem äußeren Rohr 7, die zusammen den Kabelmantel bilden, eingehaken 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 thermische Isolation 8 ist rohrförmig ausgebildet.

In Fig.2 ist ein Hochspannungs-Energiekabel ! dargestellt, daß in allen wesentlichen Merkmalen dem in F i g. 1 dargestellten entspricht. Allerdings hat das in Fig.2 dargestellte Kabel eine thermische Isolation 8 von über die Kabellängsachse gleichmäßiger Dicke. Bei diesem Kabel wird jedoch um eine einheitliche Temperaturdifferenz über die Kabellänge zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kabelmantel zu erhalten, eine äußere Zwangskühlung durchgeführt, indem ein Kühlmittel 11, beispielsweise Luft oder das rückgeführte und abgekühlte durch den Innenleiter fließende Kühlmittel zwischen dem inneren Rohr 5 und dem äußeren Rohr 7 mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit hindurchgeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem Kabelmantel mit thermischer Isolation, bei dem die thermische Isolation aus einem vorgefertigten Rohr besteht und innerhalb des aus einem inneren und einem äußeren Rohr gebildeten Kabelmantels angeordnet ist nach Patent 24 60 954 dadurch gekennzeichnet, 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. Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, daß sich der thermische Widerstand gemäß der Gleichung