DE2632808C3

DE2632808C3 - Leiterverbindung für ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel

Info

Publication number: DE2632808C3
Application number: DE2632808A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. Brakelmann; Juergen Dipl.-Ing. Friedrich; Werner Prof. Dr.-Ing. Rasquin
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DE2632808A1; DE2632808B2; FR2359529A2; US4166920A; JPS5313193A; GB1546010A

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterverbindung für ein wassergekühltes HochspannUngs-Energiekabel, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluminiumleiter mit innen anliegendem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter außen umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Hohlkanal als Kühlmittelrohr aus nichtrostendem Metall ausgebildet und um dieses der Aluminiumleiter als Rohr aufgeschrumpft ist, und die Verbindung der Kühlmittelrohre und der Aluminiumleiter durch umfängliche Schweißverbindungen oder Lötverbindungen vorgenommen ist
Ein derartiges Kabel, bei dem die Fertigungslängen des elektrischen Leiters aus Aluminium oder Kupfer an ihren Enden miteinander durch Schweißung verbunden sind, um den Leiter eines wassergekühlten Hochleistungskabels der erforderlichen Länge zu bilden, ist

IQ beispielsweise DE-OS 24 37 279 zu entnehmen, wobei der Leiter auch aus aufgeseilten Formdrähten bzw. einer Kombination des rohrförmigen Leiters mit Formdrähten zusammengesetzt sein kann. Gemäß dieser Schrift sind an den Verbindungsstellen der einzelnen Kabelabschnitte Röhrchen aus einem bei höherer Temperatur als der Leiter warmfesten Material vorgesehen, die vor dem Verschweißen der Kühlmittelrohrenden zur Durchverbindung des Kühlmittelkanals und Abstützung der Schweißverbindungen in die aneinanderstoßenden Enden der Leiterabschnitte eingesetzt werden.

Diese Schweißverbindungen des vorzugsweise aus Edelstahl bestehenden Kühlmittelführungsrohres und des konzentrisch zu diesem zu verschweißenden Leiters sind jedoch nicht ganz unproblematisch und bedürfen besonderer Vorkehrungen und Maßnahmen sowie großer Sorgfalt, und stellen somit sehr hohe Anforderungen an Schweißgeräte und Bedienungskräfte. Diese Schwierigkeiten sind noch gravierender bei der Leiterverbindung zweier Trommellängen des innen wassergekühlten Hochleistungs-Energiekabels auf freier Baustelle, etwa bei Verlegen einer Kabelstrecke, z. B. um eine Verbindungsmuffe zu setzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leiterverbindung von Abschnitten eines innen wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels so zu vereinfachen, daß sie bei Gewährleistung der erforderlichen hohen Qualität derselben mit wesentlich einfacheren Mitteln als bisher zu bewerkstelligen und ohne weiteres

-to auch auf freier Baustelle durchführbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit einer Leiterverbindiing der eingangs umrissenen Art, bei welcher erfindungsgemäß die Verbindungsstelle der miteinander durch Schweißung verbundenen Rohrenden des Kühlmittelrohres von einer I citerbrücke umgeben ist. die sich beidseitig bis zu den ein Stück vor den Rohrenden abgesetzten Leiterenden erstreckt und mit diesen umfänglich verlötet oder verschweißt ist.

Durch die Anordnung der vorzugsweise vorgefertigt ten Leiterbrücke ergibt sich eine vorteilhafte örtliche Trennung der Schweiß- oder Lötnähte des eigentlichen elektrischen Leiters von der umfänglichen Schweißnaiii des das Kühlmittel führenden Rohres. Dies wiederum erbringt den Vorteil einer wesentlich vereinfachten Durchführbarkeit der betreffenden Schweiß- und/oder Lötarbeiten sowie der Möglichkeit, die Verbindungsstelle mit einfachen Mitteln auf ihre absolute Dichtheit zu prüfen Darüber hinaus lassen sich die Teile der Leiterbürcke, die den elektrischen Leiter sowie auch die

ω ggf. an dessen Innenfläche als Kontrollkanäle vorgesehenen Längsnulen durchverbinden, mit geringem Aufwand und daher äußerst wirtschaftlich erstellen und in der vorgesehenen Weise durch Schweißung oder Lötung mit dem entsprechend abgesetzten Ende jedes Leiters verbinden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Enden des das Kühlwasser führenden Rohres ümgebör· delt und miteinander im Randbereich der ÜmbördeJung

verschweißt. Dies gewährleistet, daß etwaige Verformungen des Rohrendes beim Schweißen mit Sicherheit ausgeschlossen sind, und verleiht der Verbindungsstelle eine gewisse Elastizität in axialer Richtung, die unterschiedliche Wärmedehnungen des Rohres bzw. des Leiters auszugleichen vermag. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung der Rohrverbindung liegt in der hierbei wesentlich vereinfachten Schweißung, die — da nun nicht mehr »auf Stoß« geschweißt zu werden braucht — nun auch von weniger qualifizerten Fachkräften durchgeführt werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Rohrenden ein deren Umbördelungen entsprechend umgebördeltes Zwischenrohrstück angeordnet Ein solches mit den betreffenden Rohrenden in der vorausgehend beschriebenen Weise verbundenes Zwischenrohrstück verdoppelt die Dehnungselastizität der Rohrverbindung und gestattet darüber hinaus die Anpassung der Leiterbzw. Kabellängen an örtliche Gegebenheiten, so daß also mit Hilfe des Zwischenrohrstückes die unterschiedliehen Längen des Leiters einer Anzahl von auf gleicher Strecke nebeneinander verlegter, innen wassergekühlter Einleiterkabel ausgeglichen werden können.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterbrücke als teilbarer, symmetrischer Rotationshohlkörper mit einer der Rohrverbindung entsprechenden inneren Ausnehmung und einem dem Leiterquerschnitt zumindest gleichen Gesamtquerschnitt ausgebildet. Hierzu ist es nach der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die Leiterbrücke als im wesentlichen doppelkegelförmig gestalteter Rotationshohlkörper ausgebildet, und aus wenigstens zwei vorgefertigten, in seiner Längsmittelebene gegeneinander gelegten und miteinander verschweißten Formteilen zusammengesetzt ist, wobei der Steigungswinkel der Flankenflächen zwischen 3 und 30 Grad, vorzugsweise zwischen 8 und 15 Grad, bemessen ist. Nach der weiteren Erfindung ist es ferner vorteilhaft, wenn der Rotationshohlkörper im Bereich seiner der Rohrverbindungsstelle entsprechenden größten mi'tigen Erweiterung und in seinen den zu verbindenden Leiterenden angepaßten Endbereichen etwa zylindrische Abschnitte aufweist, die mit allmählicher Rundung in die sie verbindenden Flankenflächen übergehen.

Die also ausgestaltete, aus vorgefertigten Teilen zusammengesetzte Leiterbrücke ist urter besonderer Berücksichtigung aller elektrotechnischen und mechanischen Erfordernisse besonders gut geeignet zur Erfüllung der Aufgabe, mit möglichst einfachen Mitteln eine dichte und dauerhafte '.eiterverbindung herzustellen, die ausreichende Sicherheit gewährleistet. Ihre durch Gießen oder Pressen, vorzugsweise in Form von Halbschalen, vorgefertigten Teile können aus einem beliebigen, mit dem Leiter durch Schweißung oder Lötung verbindbaren Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium zum Verbinden eines Aluminiumleiiers. Die Verbindung dieser Leiterbrücken-Formteile miteinander und mit dem Leiter kann sowohl umfänglich als auch in der Längsrichtung mit den für die .Schweißung von Teilen aus Aluminium üblichen Methoden erfolgen. Es können entsprechende Brüekenteile aus Kupfer insbesondere zum Verbinden von Küpferleitern sowie ggf. auch von Aluminiumleitern vorgesehen sein, wobei allerdings Löttechnik anzuwenden ist, die eine in elektrischer und mechanischer Hinsicht ausreichend feste Bindung gewährleistet.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung umgibt die Leiterbrijcke im zusammengesetzten, verbundenen Zustand als dichte Hülle die Rohrverbindungsstelle mit etwas Abstand, so daß einerseits unterschiedliche Beweglichkeit der Rohr- und der Leiterverbindung — etwa zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnung — ermöglicht ist und andererseits auch die zur Kontrolle des im Betrieb befindlichen Kabels dienenden Längsnuten an der dem Führungsrohr zugewandten Innenfläche des Leiters durchverbunden sind, so daß etwa aus leck gewordenen Stellen des Rohres austretendes Kühlwasser bis zum Ende der also durchverbundenen Kabelstrecke gelangt und dort festgestellt werden kann. Die Leiterbrücke ist so gestaltet, daß sie bei möglichst geringem Material- und Raumbedarf allen Anforderungen in hervorragender Weise zu entsprechen vermag. Wesentlich ist hierbei — neben der dem Leiterquerschnitt entsprechenden Gesamtwandstärke — der zur Vermeidung etwaiger Spitzenwirkungen abgerundete Obergang zwischen ihren unterschiedliche Neigung aufweisenden Abschnitten sowie insoesondere die Bestimmung des Steigungswinkels ihrer Flankenflächen. Dieser .0: unter Berücksichtigung des betreffenden Formteilquers^hnittes so zu wählen, daß die Tangentialfeldstärke längs der Flanke konstant bleibt und die im vorgesehenen Spannun^sbereich maximal zulässigen Werte nicht überschreitet, so daß also die Längskomponente der Leiterfeldstärke nicht mehr als 0,3 kV/mm beträgt. Die übrigen Bemessungswerte bzw. Gestaltungsformen können im Einklang mit den Besonderheiten jedes innen wassergekühlten Hochleistungskabels den Erfordernissen der jeweils gewählten Fertigungsmethode bezüglich der vorgefertigten Leiterbrücken-Formteile oder -Halbschalen sinnvoll angepaßt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise geschnitten den Leiter eines innen wassergekühlten Hochleistungskabels im Bereich der Verbindungsstelle zweier Abschnitte;

F ie. 2 ähnlich wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 in Draufsicht eine vorgefertigte Halbschale zur Verwendung als Teil einer Leiterbrücke zum D\xchverbinden des elektrischen Leiters nach den F^; g. 1 und 2.

Der in der Zeichnung veranschaulichte Leiter 1, beispielsweise aus Aluminium, umfaßt ein das Kühlwasser führendes Rohr 2. beispielsweise aus Edelstahl, auf das der als rohrförmiger Massivleiter ausgebildete Leiter 1 aufgepreßt ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Enden 8 des Rohres 2 umgebördelt und miteinander durch eine im Randbereich dieser Umbördelungin 6 vorgesehene Schweißnah 5 tejt und dicht miteinander verbunden. Zur Längenanpassung u"d Erhöhung der Dehnungselastizität der Verbindungsstelle kann zwischen den Ürnbördelungen 6 der beiden Rohrenden ein entsprechend bemessenes und mit Umbördelungen versehenes Zwischenstück 7 angeordnet und mit den Rohrenden in der gleichen Weise mittels umfänglicher Schweißnaht 5 im Randbereich der Umbördelungen 6 verbunden sein, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Die in den Fig, 1 und 2 gezeigte Verbindungsstelle des den Kühlkanal des Leiters 1 umgebenden Rohres 2 ist von einer vorzugsweise aus vorgefertigten Halbschalen oder Formteilen 9 (Fig.3) zusammengesetzten Leiterbrücke 4 umgeben, die beiderends mit den Leiterenden über eine umfänEÜche Schweiß- oder

Lötverbindung 3 verbunden ist. Es versteht sich, daß die Leiterbrücke 4 auch am Ort der Herstellung der Leiterverbihdung aus entsprechend abgebogenen Und an den Enden mit dem Leiter verschweißten, die Verbindungsstelle käfigartig umgebenden Streifen oder Bändern aus einem mit dem Leiterwerkstoff verschweiß- öder veflötbaren Metall gebildet sein kann. Üblicherweise wird jedoch die Verwendung vorgefertigter Formteile 9 zur Bildung der Leiterbrücke 4 ■bevorzugt.

In der gezeigten vorteilhaften Ausführungsform der Leiterbrücke 4 ist diese aus zwei miteinander in der Längsrichtung verschweißten Formteile 9 zusammengesetzt, die einander zur Gestaltung eines im wesentlichen doppelkegelig geformten Rotationshohlkörper ergänzen, in dessen Inneren eine der Rohrverbindungsstelle entsprechende Aussparung 13, die beiderends in dem Außendurchmesser der Rohrenden 2 angepaßte zylindrische Bohrungen übergeht, vorgesehen ist.

Entsprechend den räumlichen, insbesondere aber den elektrischen Erfordernissen, kann der aus den Formteilen 9 zusammengesetzte Rotationshohlkörper in seinem mittleren Bereich sowie insbesondere an den Endbereichen etwa zylindrische Abschnitte 11 bzw. 12 aufweisen, die die mit einer Rundung in die sie verbindenden Flankenflächen 10 übergehen. Da die zylindrischen Endabschnille 12 dem AuBendufchrriesser der beidseitig anzuschließenden Leiterenden 1 angepaßt sind und der mittige zylindrische Abschnitt 11 entsprechend der die Rohrverbindungsstelle mit Abstand umgebenden inneren Aussparung 13 und der erforderlichen Wandstärke einen größeren Außendurchmesser als die letzteren aufweist, sind die Flankenflächen 10 als Kegelflächen

ίο ausgebildet, die hinsichtlich ihres Querschnittes und der gewählten Steigung so geformt sind, daß die Tangentialfeldstärke längs der Flanke konstant bleibt.

Mit der in der beschriebenen und gezeigten Weise ausgebildeten Durchverbindung des den Küilkänal umgebenden Rohres 2 und des elektrischen Leiters 1 ist für die innen wassergekühlten Hochleistungskabel eine hervorragend geeignete, auf einfache Weise und somit äußerst wirtschaftlich erstellbare, in elektrischer und mechanischer Hinsicht allen Erfordernissen entsprechende Leiterverbindung geschaffen, die ohne Schwierigkeiten an beliebiger Stelle anwendbar ist, um Kabel beliebiger Länge aus relativ kürzen Fertigungsabschnitten zusammenzusetzen oder entsprechenden Kabellängen am Ort miteinander zu verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leiterverbindung für wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem zylindrischen elektrischen Aluminiumleiter mit innen anliegendem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter außen umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Hohlkanal als Kühlmittelrohr aus nichtrostendem Metall ausgebildet und um dieses der Aluminiumleiter als Rohr aufgeschrumpft ist, und die Verbindung der Kühlmittelrohre und der Aluminiumleiter durch umfängliche Schweißverbindungen oder Lötverbindungen vorgenommen ist, d a durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle der miteinander durch Schweißung verbundenen Rohrenden (8) des Kühlmittelrohres (2) von einer Leiterbrücke (4) umgeben ist, die sich beidseitig bis zu den ein Stück vor den Rohrenden (8) abgesetzten Leiterenden (1) erstreckt und mit diesen umfänglich verlötet oder verschweißt ist.

2. Leiterverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (8) umgebördelt und miteinander im Randbereich der Umbördelung (6) verschweißt sind.

3. Leiterverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen den Rohrenden (IB) ein deren Umbördelungen (6) entsprechend umgebördeltes Zwischenrohrstück (7) angeordnet ist.

4. Leiterverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ^kennzeichnet, daß die Leilerbrücke (4) als teilbarer symmetrischer P'naiionshohlkörper mit einer der Rohrverhindung entsprechenden inneren Aussparung (13) und einer· dem Leiterquerschnitt zumindest gleichen Gesamtquerschnitt ausgebildet ist.

5. Leiterverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbrücke (4) als im wesentlichen doppelkegelförmig gestalteter Rotationshohlkörper ausgebildet und aus wenigstens zwei vorgefertigten, in seiner Längsmittelebene gegeneinander gelegten und miteinander verschweißten Formteilen (9) zusammengesetzt ist. wobei der Steigungswinkel der Flankenflächen (10) zwischen 3 und 30 Grad, vorzugsweise zwischen 8 und 15 Grad, bemessen ist.

6. Leilerverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationshohlkörper im Bereich seiner der Rohrverbindungssielle entsprechenden größten mittigen Erweiterung und in seinen den zu verbindenden Leiterenden (1) angepaßten Endbereichen etwa zylindrische Abschnitte (11 bzw. 12) aufweist, die mit allmählicher Rundung in die sie verbindenden Flankenflächen (10) übergehen.