DE2832826C3

DE2832826C3 - Einrichtung zum Kühlen einer elektrischen Starkstromleitung

Info

Publication number: DE2832826C3
Application number: DE2832826A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Hayashi; Noriyasu Osaka Yoshikawa
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1981-10-01
Also published as: IT1103636B; DE2832826A1; IT7809544A0; JPS5425486A; GB2001748B; FR2399103B1; GB2001748A; FR2399103A1; DE2832826B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen

μ einer elektrischen Starkstromleitung, die mindestens ein Starkstromkabel mit einem Kühlmittelkanal aufweist, durch Verdampfen eines von einem Einlaß zu einem Auslaß durch den Kühlmittelkanal des Kabels natürlich zierkulierenden Kühlmittels in Form eines verflüssigbaren Gases, bei der der Einlaß über ein Zuführrohr und der Auslaß über ein Rückführrohr mit einer Kühleinheit verbunden sind, die höher liegt als der Einlaß.

Bei einer nach der DE-AS 2150 113 bekannten Einrichtung eingangs genannter Art verläuft das

•Ό Rückführrohr zunächst in FUißrich.i'ng des Kühlmittels nach oben und anschließend nach unten in die Kühleinheit. Das Kühlmittel wird daher allein durch Konvektion in die Kühleinheit überführt. LJm diese Konvektion zu ermöglichen, ist das Rückführrohr nicht beliebig verlegbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung eingangs genannter Art anzugeben, bei der man in der Verlegbarkeit des Rückführrohrs möglichst weitgehende Freiheit hat.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Rückführrohr einen in Flußrichtung des Kühlmittels nach unten gerichteten Abschnitt und einen -ich daran anschließenden, nach oben gerichteten Abschnitt aufweist und daß der nach oben gerichtete Abschnitt geheizt ist.

Durch den aufgeheizten nach oben gerichteten Abschnitt wird eine zusätzliche Konvektion bewirkt, die es gestattet, das Rückführrohr zwischen dem Starkstromkabel und dem nach oben gerichteten aufgeheizten Abschnitt praktisch beliebig zu verlegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,

Eine derartige Einrichtung zum Kühlen vergrößert die Freiheit beim Verlegen von Starkstromkabeln, die durch Verdampfung eines Kühlmittels gekühlt werden und ermöglicht die Verwendung solcher Kabel an den Verschiedensten Orten,
Bei der Kühlung von Starkstromleitungen durch

Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels wird die latente Verdampfungswärme des verflüssigbaren Kühlmittels ausgenützt. Die Starkstromkabel solcher Starkstromleitungen besitzen einen Kühlmittelkanal, der mit einer Kühleinheit verbunden ist, die höher ^r> liegt als der Kühlmitteleinlaß der Starkstromkabel. Die Kühleinheit besteht im wesentlichen aus einem Kondensator und einem Kühlmittelbehälter und ist so angeordnet, daß die Oberfläche des Kühlmittels im Behälter höher l'.egt als der Kühlmitteleinlaß de? Kabel, to Die Kühleinheit ist über ein Zuführrohr und ein Rückführrohr mit jedem Kabel verbunden, so daß ein geschlossenes Zirkulationssystem für das Kühlmittel gebildet ist, in dem eine geeignete Menge Kühlmittel eingeschlossen ist. Solche Kühleinrichtungen ermögli- ι¹» chen die Übertragung großer elektrischer Leistungen über ein Kabel, wobei das Kühlmittel die im Kabel erzeugte Wärme durch Verdampfen absorbiert Das Kühlmittel zirkuliert durch das Kabel in natürlicher Weise wenn ein entsprechend großer Laststrom durch das Kabel fließt. Eine solche Kühleinrichtung arbeitet sehr zuverlässig, da keine sich drehenden oder sonstwie beweglichen Teile, wie zum Beispiel eine Pi.npe, zum Erzeugen der Zirkulation des Kühlmittels benötigt werden. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art, wie sie beispielsweise in der US-PS 39 62 529 beschrieben sind, verbinden die Rückführrohre den Kühlmittelauslaß des gekühlten Kabels mit der Kühleinheit in solcher Weise, daß das verdampfte Kühlmittel, zum Beispiel Freon, im Rückführrohr nach oben bis zur so Kühleinheit steigen kann.

Bei diesen bekannten Einrichtungen ist es zumindestens in der Theorie leicht das Rückführrohr nach aufwärts gerichtet anzuordnen, wenn sich der Kühlmittelauslaß des gekühlten Kabels in einem Kabelverbin- κ dungskasten befindet. In vielen praktischen Fällen ist es jedoch für die Installation vorteilhaft, das Rückführrohr tiefer anzuordnen als den Kühlmittelauslaß. Eine solche Rohranordnung führt zu ernsthaften Schwierigkeiten wenn der Kühlmittelauslaß in einem Kabelendverschluß enthalten is. Mit anderen Worten, wenn die Kühleinheit im Abstand vom Kabelendverschluß angeordnet ist, ergeben sich Schwierigkeiten das Rückführrohr in der gewünschten Höhe anzuordnen. Ferner ist es infolge der Beschaffenheit des Bodens oft schwierig, die Tragkonstruktion für das Rückführrohr und die Kühleinheit in der erforderlichen Wüse zu installieren.

Bei den bekannten Kühleinrichtungen der beschriebenen Art wird eine zuverlässige natürliche Kühlmittelzirkulation durch Ausnutzen der Tatsache erzielt, daß das spezifische Gewicht des verdampften Kühlmittels kleiner ist als das spezifische Gewicht des flüssigen Kühlmitte's. Wenn jedoch das Rückführrohr unter dem Kühlmittelauslaß des zu kühlenden Kabels angeordnet ist, muß eine Abwärtsbewegung des verdampften Kühlmittels erzwungen werden, da sonst keine Zirkulation des Kühlmitteis stattfindet. Ein Zwangsumlauf des Kühlmittels unter Verwendung bekannter Mittel erwies sich jedoch als sehr unpraktisch und störanfällig, so daß diese Art der Verlegung des Rückführrohres nicht angewendet wurde.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben- In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichlung nach dem Stand der Technik zum Kühlen einer Starkstromleitung durch Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmit'ds,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, bei der das Küblmiuelrückführrohr tiefer liegt als der Kühlmittelauslaß des Starkstromkabels,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer anderen Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Kühlen einer Starkstromleitung durch Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels,

F i g. 4 eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 3 bei der das Kßhlmittelrückführrohr tiefer liegt als der Kühlmittelauslaß des Starkstromkabels,

F i g 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Kühlen einer Starkstromleitung durch Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels,

F i g. 6 eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 5, bei der das Kühlmittelrückführrohr tiefer liegt als der Kühlmittelauslaß des Starkstromkabels,

F i g. 7 eine graphische Darstellung von Betriebsgrößen der Einrichtung nach F i g. 5,

Fig.8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Länge an zirkulierend m Kühlmittel und des Kabellaststroms,

Fig.9—11 jeweils zur Kühlung einer Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildete Ausführungsbeisy^:ele,

Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung der Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung in der F i g. 11, und

Fig. 13 ein weiteres zur Kühlung einer Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildetes Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche Einzelteile mit den gleichen Ziffern versehen.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Kühleinrichtung für eine Starkstromleitung. Bei dieser Einrichtung besteht der gekühlte Korper aas dem elektrischen Starkstromkabel 1 mit einem Kühlmittelkanal gemäß US-PS 39 62 529. einem Kabelverbindungskasten 2 und einem Kabelendverschluß 3. Die Kühleinheit 10 umfaßt einen Vorratsbehälter 7 und einen Kondensator 8. Das Kabel und die Kühleinheit sind durch ein Zuführrohr 4 und ein Rückführrohr 6 verbunden und bilden dadurcn eine Umlaufkühlanordnung. Das Kühlmittel wird dem Kabel üb°r ein elektrisch isolierendes Verbindungsstück im Kabelverbindungskasten 2 zugeführt, so daß sich der Kühlmitteleinlaß A im Kabelverbindungskasien befindet.

Auf der Kühlmittelauslaßseite ist das elektrisch isolierende Verbindungsstück 5 oberhalb des Kabelendverschlusses 3 in solcher Lage angeordnet, daß sich das verdampfte Kühlmittel leicht nach aufwärts bewegen kann. Der Kühlmittelauslaß B des Kabels ist an der Verbindungsklemme 9 vorgesehen.

F i g. 2 zeigt wie bei der Einrichtung nach der F i g. 1 das Rürkführrohr 6 unterhalb des Kühlmittelauslasses B angeordnet ist. Diese Anordnung des Rückführrohres .vurue bisher als nicht möglich oder zumindest nicht praktisch angesehen. In Fig. 2 muß das verdampfte Kühlmittel nach abwärts in das elektrisch .solierende Verbindungsstück 5 und durch den nach abwärts verlaufenden Teil des Rückführrohres 6 strömen, wodurch die Strömung des verdampften Kühlmittels blockiert wird, sofern keine besonderen Maßnahmen getroffen werden. Die vorstehend genannten Teile bilden somit eine Dampfsperre.

Fig.3 zeigt eine bekannte Kühleinrichtung für ein Starkstromkabel, das an beiden Enden mit je einem Kabelverbinduiigsl-asten 2 bzw. 2' Versehen ist. Bei dieser Einrichtung ist das Rückführrohr 6 höher angeordnet als der Kühlmittelauslaß B, so daß das

verdampfte Kühlmittel in Form eines aufsteigenden Gasstroms leicht zur Kühleinheit strömen kann.

F i g. 4 zeigt sich wie bei der Einrichtung nach F i g. 3 das Rückführrohr 6 vom Kühlmittelauslaß B nach abwärts erstreckt

Fig.5 zeigt eine andere bekannte Einrichtung zur Kühlung eines Starkstromkabels durch Verdampfung eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels, wobei das Kabel 1 an beiden Enden Endverschlüsse 3 und 3' besitzt. Das Rückführrohr 6 liegt hier höher als der Kühlmittelauslaß B des Kabels und das elektrisch isolierende Verbindungsstück 5 befindet sich zwischen dem Rohr 6 und dem Auslaß B.

F i g. 6 zeigt wie das Rückführrohr 6 unterhalb des Kühlmittelauslasses ßanzuordnen ist.

Wie festgestellt wurde, tritt bei den bekannten Einrichtungen nach den Fig. 1, 3 und 5 beim Fließen von Strom durch das Kabel 1 eine natürliche Zirkulation des Kühlmittels infolge der Erwärmung des Kabels 1 auf. Diese natürliche Zirkulation wird auch durch vorstehende Teile oder Unregelmäßigkeiten der Kabelführung kaum beeinträchtigt.

Es wurde weiter festgestellt, daß bei den Einrichtungen nach den F i g. 2, 4 und 6, bei denen das Rückführrohr tiefer als der Kühlmittelauslaß angeordnet ist. keine Zirkulation des Kühlmittels auftritt wenn der im Kabel fließende Laststrom klein ist. Wenn der Laststrom groß ist, zirkuliert das Kühlmittel auch in den Einrichtungen nach den Fig. 2, 4 und 6 ohne Schwierigkeit, so daß das Kabel gekühlt wird. Diese Erscheinung tritt nur bei durch Verdampfen gekühlten Kabeln mit natürlicher Zirkulation auf. Im Falle einer erzwungenen Zirkulation ergeben sich keine Probleme. Keine Probleme ergeben sich auch wenn Wasser oder öl als Kühlmittel benutzt wird.

Diese Verhältnisse sollen nun anhand der F i g. 7 erläutert werden. F i g. 7 ist ein Diagramm für den Fall, daß der zulässige Strom a bei Kühlung des Kabels fünfmal größer sein kann als der zulässige Strom bohne Kühlung des Kabels. Wenn der Laststrom des Kabels größer wird, beginnt das Kühlmittel praktisch sofort zu zirkulieren. Da jedoch infolge der Zirkulation etwas

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ergibt sich ein Bereich e mit intermittierender Zirkulation. Wenn der Laststrom weiter zunimmt, ergibt sich ein Bereich S mit kontinuierlicher Zirkulation und die Menge des zirkulierenden Kühlmittels nimmt ebenfalls zu. Schließlich wird der Trockenbereich g erreicht, in dem die Menge des Kühlmittels nicht mehr zunimmt auch wenn der Laststrom größer wird. Das Kühlmittel am Kühlmittelauslaß des Kabels befindet sich dann vollständig in der Dampfphase (Trockenheitsgrad I). Da das Kabel im Trockenbereich g nicht mehr durch die latente Verdampfungswärme gekühlt werden kann, ist der maximal zulässige Wert des Ladestroms in einem durch Kühlmittelverdampfung gekühlten Kabel gleich dem Strom gerade vor Erreichen des Trockenbereichs.

Allgemein ausgedrückt. Wärme wird auch bei einem kleinen Laststrom im Kabel gesammelt Verdampfung und damit Zirkulation des Kühlmittels beginnen wenn genügend Wärme gesammelt ist Der Laststrom, bei dem die Zirkulation beginnt, kann bei den Einrichtungen nach den Fig. 1, 3 und 5 als praktisch Null betrachtet werden, so daß sich keine Probleme ergeben.

Wenn das Rückführrohr so angeordnet ist wie bei den Einrichtungen nach den F i g. 2, 4 und 6, ergibt sich bei großen Lasiströmen keine Änderung, jedoch wird der

Bereich e intermittierender Zirkulation kleiner und der Bereich d stationärer Zirkulation größer. Ferner wird ein größerer Laststrom c am Beginn der Zirkulation benötigt um diese in Gang zu setzen. Wenn wie im Diagramm der F i g. 8 dargestellt, der zum Einleiten der Zirkulation notwendige Laststrom c größer wird als der zulässige Strom b ohne Kühlung des Kabels, tritt ein Bereich h auf, in dem keine Kühlung möglich ist, obgleich eine solche erforderlich wäre. Wenn sich der Laststrom in diesem Bereich h befindet, wird das Kabel nicht gekühlt, so daß es zu heiß wird.

Die Untersuchungen zeigten, daß das Auftreten des Bereichs Λ von verschiedenen Faktoren abhängt. Zu diesen gehören das Ausmaß der Tieferlegung des Rückführrohres, der Durchmesser dieses Rohres, die Länge des Kabels, die Höhe der Kühleinheit über dem Kabel usw. Zur sicheren Verhinderung des Auftretens des Bereichs h in dem keine Kühlung des Kabels möglich ist, muß am Rückführrohr 6 eine Vorrichtung vorgesehen werden, die unabhängig von Umweltsbeüingungen wie Außentemperatur, Wetter usw. eine Zirkulation des Kühlmittels auch bei kleinen Lastströmen bewirkt.

Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Dreiphasen-Starkstromleitung. Die Leitung umfaßt drei Kabel 1. Jedes dieser Kabel ist an seinen beiden Enden mit Endverschlüssen 3 versehen.

Die Kühleinheit 10 ist an einer Stelle angeordnet, die höher lit^t als der Kühlmitteleinlaß A der Kabel. Für jedes der Kabel 1 ist ein Rückführrohr 6 vorgesehen, welches mit dem Kühlmittelauslaß B des zugehörigen Kabels über ein elsktrisch isolieiendes Verbindungsstück 5 verbunden ist Die Rückfdhrrohre 6 sind unter den Auslässen B angeordnet. Die Rohre 6 bestehen aus einem gut leitenden Metall wie Kupfer oder Aluminium und sind mit PVC oder Polyäthylen thermisch isoliert. Ein Abschnitt jedes Rohres 6 (vorzugsweise der unterste Abschnitt des zur Kühleinheit aufsteigenden Teils der Rohre 6) besteht aus rostfreiem Stahl mit relativ hohem elektrischen Widerstand oder einem Eisenrohr mit hohem Wechselstromwiderstand, welcher Teil ein Heizrohr 11 bildet.

nip rfrpi Rürkführrohre 6 sind mit dem Kühlmittelvorratsbehälter 7 verbunden, der aus elektrisch gut leitendem Metall besteht, so daß die einen Enden der Rohre 6 miteinander kurzgeschlossen sind. Wenn der Behälter nicht aus elektrisch gut leitendem Material besteht, so kann eine Kurzschlußleitung zum Kurzschließen der drei Rückführrohre 6 vorgesehen sein. Jedes der drei Starkstromkabel 1 ist von einem Magnetkern 12 aus Siliziumstahl umgeben, der einen magnetischen Kreis bildet Durch jeden der Magr. /,kerne 12 führt ein Leiter 13 (in Form eines Drahts, Platte oder Rohres). Die einen Enden der Leiter 13 sind mit den Rückführrohren verbunden während die anderen Enden der Leiter 13 miteinander verbunden sind. Anstelle der Leiter 13 können auch die Rohre 6 durch die Magnetkerne geführt sein, wobei dann die Leiter nur zum Kurzschließen dienen. Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß es schwierig ist mehr als eine durch die Kerne gehende Leiterwindung zu erhalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 ist nur ein Zuführrohr 4 vorhanden, das sich in der Nähe der Kühlmitteleinlässe A der drei Kabel in drei Rohre verzweigt, die zu den einzelnen Einlassen A führen. Die Größe der Magnetkerne 12 hängt von der Anzahl der Windungen (üblicherweise i bis 3) der Leiter ία ab, die auf den Magnetkernen aufzubringen sind sowie von der

Gesamtimpedanz des Zuführrohres, dem gesamten Wirkwiderstand, der elektrischen Heizleistung usw. Der beste Wirkungsgrad wird erhalten wenn für den Magnetkern 12 ein magnetisch sättigbares Material verwendet und festgelegt wird, daß beim Fließen des ohne Kühlung maximal zulässigen Lasistroms im Kabel im Rückführrohr ein bestimmter Heizstrom fließt und der Magnetkern gesättigt ist. Die Sättigungscharakteristik des- Magnetkerns muß dabei so sein, daß der beirrt gekühlten Kabel zulässige maximale Laststrom einen Heizstrom erzeugt, der nicht größer ist als das Zweifache des vom ohne Kühlung des Kabels zulässigen Laststrom erzeugten Heizstroms oder nicht größer als das Zweifache des zuletzt genannten Laststroms. Ist dies nicht der Fall, so wird bei einem großen Laststrom vom Heizrohr viermal oder mehr Wärme erzeugt als notwendig ist. Dies ist nicht erwünscht, da dann eine größere Kühleinheit notwendig ist, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Einrichtung herabgesetzt wird und deren Leistungsverluste zunehmen.

Es wurde festgestellt, daß bei Fließen eines großen Laststroms im Kabel 1 der gesättigte Magnetkern durch Magnetostriktion ein starkes Brummgeräusch erzeugt und zwar auch dann wenn ein nicht geteilter Magnetkern verwendet wird. Der Magnetkern sollte daher mit einem geräuschdämpfenden Material umgeben sein. Durch eine geräuschdämpfende Schicht aus Asbest mit einer Dicke von etwa 10 mm und eine Gummischicht mit einer Dicke von etwa 2 mm läßt sich das Brummgeräusch um etwa 20 phon verringern. Wenn im "ekühlten Kabel ein Laststrom von 3000 Ampere und mehr zulässig ist, muß der ganze Magnetkern mit einer geräuschdämpfenden Schicht umhüllt werden.

Zur Erzielung der besten Wirkung ist das Heizrohr 11 so tief als möglich im zur Kühleinheit führenden Steigrohrteil (im unteren Drittel oder Viertel dieses Rohrteils) des Rückführrohres anzuordnen. Das Heizrohr sollte im unteren Teil des Rückführrohres an der Stelle angeordnet sein, an der das Kühlmittel wieder nach aufwärts fließt. Die Länge des Heizrohres kann nicht frei gewählt werden sondern ist abhängig von der benötigten Wärmemenge, der Größe des Magnetkerns.

Magnetkern, dem Durchmesser und dem Material des Heizrohres usw. Vorteilhaft ist, wenn das Heizrohr durch den tiefsten Abschnitt des aufsteigenden Teils des Rückführrohres gebildet wird. Allgemein ausgedrückt soll das Kühlmittel nicht in dem Teil des Rückführrohres erhitzt werden in dem es nach abwärts fließt sondern in dem Teil des Rückführrohres, in dem es nach aufwärts fließt

Bei der Einrichtung nach F i g. 9 ist die Zirkulation des Kühlmittels bei allen Betriebszuständen dadurch gewährleistet, daß das Kühlmittel im Heizrohr auch bei dem ohne Kühlung des Kabels zulässigen Laststrom verdampft wird, wodurch ein aufsteigender Strom von Dampfblasen im Steigrohrteil des Rückführrohres erzeugt wird, der die Zirkulation des Kühlmittels verstärkt Bei einer 8 m hoch angeordneten Kühleinheit, einer Kabellänge von 50 m (Innendurchmesser des Kühlmittelkanals im Kabel 50 mm), einem Innendurchmesser des RückFührrohres von 50 mm, welches sich 6 m vom Kühlmittelauslaß des Kabels nach abwärts erstreckte und bei einem Laststrom von 1000 A (welcher der unter den ungünstigsten Bedingungen ohne Kühlung des Kabels zulässige Laststrom war) genügte zur Erzielung der Zirkulation des Kühlmittels die Heizung des Heizrohres (welches das untere Drittel des aufsteigenden Teils des Rückführrohres bildete) mit einer Leistung von 5 kW.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist der, daß keine Leitung für die Versorgung des Rückführrohfes mit Heizstrom notwendig ist. Dieser Vorteil wird dadurch erzielt, daß das Rückführröhr mit Ausnahme des Heizrohrkeils aus einem guten elektrischen Leiter besteht, der Heizrohrteil aus einem metallischen Widerstandsmaterial gebildet ist und das

ίο eine Ende des Rückführrohres durch den Kühlmittelbe^ hälter oder einen anderen Leiter kurzgeschlossen ist sowie das andere Ende des Rückführrohres durch den sich durch den Magnetkern erstreckenden Leiter kurzgeschlossen ist. Der sich durch den Magnetkern erstreckende Leiter besteht aus einer Aluminiumstange und das Rückführrohr aus einem stranggepreßten, mit PVC überzogenen Aluminiumrohr. Wenn die Stange und das Rohr miteinander verschweißt sind ist die Verbindung mechanisch stabil und hält viele Jahre. Da

fo das Heizrohr nur ein einfaches Rohr ist, isi die Zuverlässigkeit größer als bei einer Heizvorrichtung mit Heizdrähten oder dergleichen, da kein Brechen von Draht oder schlechter Kontakt auftreten kann.

Noch wichtiger ist die Tatsache, daß der Heizteil in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel steht. Wenn beispielsweise das Heizrohr indirekt durch einen mit »Teflon« überzogenen, aus »Nichrom« bestehenden Draht, der auf ein Aluminiumrohr gewickelt ist geheizt werden würde, so wäre der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf das Kühlmittel schlecht und die Wärmeübertragungseigenschaften nicht stabil. Aus diesen Gründen sind indirekte Heizmittel nicht gut geeignet.

Vorteilhafterweise sind auch der aufsteigende Teil des Rückführrohres zwischen der Kühleinheit und dem Heizrohr und das Heizrohr thermisch isoliert. Ist dies nicht der Fall, so ist bei starkem Regen oder Schneesturm die Wärmeabfuhr vom Rückführrohr so groß, daß die elektrische Heizleistung zur Erzeugung

der Zirkulation stark vergrößert werden muß, was jedoch unpraktisch ist. Schon durch eine einfache thermischt Isolation, zum Beispiel eine PVC-Schicht mit j mm n;«~i α hnn dip nniu/pnrfinp Heizleistune auf die Hälfte oder ein Drittel verringert werden.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von dem nach Fig.9 dadurch untersche.Jet, daß nur ein Rückführrohr 6 für alle drei Kabel 1 vorgesehen ist. Dementsprechend ist auch nur ein Heizrohr 11 und nur ein Magnetkern 12 vorhanden. Der Leiter 13 kann

so mit beiden Enden des Heizrohres 11 verbunden sein, jedoch ist es zur Erzielung einer möglichst kurzen Länge des Leiters 13 vorteilhaft wenn dieser mit dem 'Rückführrohr 6 und dem Zuführrohr 4 verbunden ist, zu welchem Zweck das Zuführrohr 4 aus einem gut leitenden Metall besteht.

Die Grundelemente der Mittel zum Verstärken der Kühlmittelzirkulation sind bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung das Heizrohr 11, der Magnetkern 12 und der Leiter 13.

F i g. 11 zeigt ein weiteres zur Kühlung einer Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildetes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Beispiel bilden eine Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14 und Hilfsrückführrohre 16 und 17 die Mittel zum Verstärken der Kühlmittelzirkulation. Bei den früher beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einem Heizrohr wird die Dichte des Kühlmittels im aufsteigenden Teii des Rückführrohres verringert und zwar durch zusätzliches

Verdampfen von Kühlmittel, wodurch die Kühlmittelzirkulation verstärkt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 11 wird eine starke Kühlmittelzirkulation mit einer kleinen Menge von im Kabel verdampften Kühlmittel erzeugt. Die Anzahl der HilfsrÜckführrohre kann, wenn nötig ein, zwei oder mehr sein. Der Durchmesser des Hilfsrückführfohres muß kleiner, vorzugsweise d'3 Hälfte öder Weniger als derjenige des Hauptrückführi'onres sein. Der Grund dafür ist der, daß, auch wenn die erzeugten Mengen an verdampftem Kühlmittel gleich sind, bei einem Rückführrohr mit kleinerem Durchmesser der Anteil des vom dampfförmigen Kühlmittel eingenommenen Volumens am Gesamtvolumen größer ist, so daß das spezifische Gewicht pro Volumeneinheit kleiner und die Zirkulationskraft größer wird.

Wenn ein zweites Hilfsrückführrohr vorgesehen werden muß, soll der Durchmesser dieses Rohres nicht größer sein als die Hälfte des Durchmessers des ersten Hilfsrückführrohres (der Durchmesser des ersten Hilfsrückführrohres ist nicht größer als die Hälfte des Durchmessers des Hauptrückführrohres). Wenn beispielsweise der ohne Kühlung zulässige Laststrom ¹A des mit Kühlung zulässigen Laststroms beträgt, dann wird vom ohne Kühlung zulässigen Laststrom eine Menge von (¹A)² = V« oder weniger der Menge Kühlmitteldampf erzeugt, die vom mit Kühlung zulässigen Laststrom erzeugt wird. In diesem Fall muß der Rohrdurchmesser '/5 oder kleiner sein, damit die Kühlmitteldichte pro Volumeneinheit in den Rückführrohren gleich ist, was anzeigt, daß das erste, zweite und dritte Hilfszuführrohr notwendig ist Wenn das Durchmesserverhältnis der HilfsrÜckführrohre größer als V₂ z. B. V₄ oder kleiner gemacht wird, so tritt eine größere Reibung und damit ein größerer Druckverlust auf. Aus diesem Grund kann es in bestimmten Fällen notwendig sein, mehrere HilfsrÜckführrohre verschiedenen Durchmessers zu verwenden.

Der wichtigste Teil des Ausführungsbeispiels nach F i g. Il ist die Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung. In F i g. 11 wird praktisch das ganze vom Kabel erzeugte, verdampfte Kühlmittel zuerst dem zweiten HilfsrücklufHiutli ■/ Zugclünft. YYCllft UCl i^rUii-lilVicääci' ucä zweiten Hilfsrückführrohres V₄ des Durchmessers des Hauptrückführrohres beträgt, kann die gleiche Zirkulationskraft erhalten werden, als mit nur einem Hauptrückführrohr und zwar mit nur ¹Ae der Menge an verdampftem Kühlmittel. Wenn die Menge an verdampftem Kühlmittel für das zweite Hilfsrückführrohr 17 zu groß wird, d. h. wenn der Druckverlust in diesem Rohr zu groß wird, dann fließt ein Teil des verdampften Kühlmittels in das erste Hilfsrückführrohr 16. Wenn der Laststrom noch größer wird und damit noch mehr Kühlmittel verdi^Tipft wird, fließt dieses auch in das Hauptrückführrohr.
Da die Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14, wie oben erwähnt, das verdampfte Kühlmittel vorwiegend in das dünnere Rückführrohr leitet, hat die Trennvorrichtung die Form eines kleinen abgestuften Behälters, dessen Schniüansicht die Fig. 12 zeigt. In der Fig. 12 ist der Betriebszustand dargestellt, bei dem verdampftes Kühlmittel 20 in das zweite Hilfsrückführrohr 17 und in das erste Rückführrohr 16 strömt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist das Rückführrohr 6 ebenfalls unterhalb des Kühlmittelauslasses B angeordnet.

Die Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung ist an der tiefsten Stelle des zur Kühleinheit aufsteigenden Teils des Rückführrohres anzuordnen. Die Verstärkung der Zirkulation kann durch thermische Isolierung der HilfsrÜckführrohre und Verhinderung der Abkühlung und Verflüssigung des verdampften Kühlmittels in diesen Rohren für alle Betriebsfälle sichergestellt werden.

Fig. 13 zeigt eine Kombination der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 10 und 11. In Fig. 13 wird das Rückführrohr 6 an der Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14 in das Hauptrückführrohr 15 und das Hilfsrückführrohr 16 aufgeteilt Der untere Abschnitt des Hilfsrückführrohres 16 ist als Heizrohr 18 ausgebildet. Das Hauptrückführrohr 15 ist durch einen Flansch 19 aus Isoliermaterial elektrisch von der Trennvorrichtung 14 isoliert, so daß der vom Magnetkern 12 im Leiter 13 induzierte Strom vom Leiter 13 durch den Teil des Rückführrohres 6 zwischen dem Kühlmittelauslaß B und der Trennvorrichtung 14, das Hilfsrückführrohr 16 mit dem Heizrohrteil und über den Vorratsbehälter 7 und das Zuführrohr 4 zurück zum Leiter 13 fließt Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die elektrische Heizleistung für das Heizrohr aus V₄ oder weniger der beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 notwendigen Heizleistung verringert werden. Dadurch kann ein kleinerer Magnetkern verwendet und der elektrische Leistungsverlust verringert v. erden. Bei

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Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14, das Hilfsrückführrohr 16. das Heizrohr 18, der Magnetkern 12, der Leiter 13 und der Isolierflansch 19 die Mittel zur Verstärkung

der Kühlmittelzirkulation.
Als Kühlmittel kann ein verlüssigbarer, gasförmiger

Kohlenwasserstoff wie CCI₃F, CCI₂F₂, CCIF₃, CBrF₃, CHCl₂F, CHCIF2, CHF₂, CCI₂F-CCl₂F, CCI₂-CClF₂, CClFrCCIF₂, CBrF₂-CBrF₂, CCIF₂-CF₃, CF₃-CF₃ und C₄Fe verwendet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen:

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Kühlen einer elektrischen Starkstromleitung, die mindestens ein Starkstromkabel mit einem Kühlmittelkanal aufweist, durch Verdampfen eines von einem Einlaß zu einem Auslaß durch den Kühlmittelkanal des Kabels natürlich zirkulierenden Kühlmittels in Form eines verflüssigbaren Gases, bei der der Einlaß über ein Zuführrohr und der Auslaß über ein Rückführrohr mit einer Kühleinheit verbunden sind, die höher liegt als der Einlaß, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführrohr (6) einen in Flußrichtung des Kühlmittels nach unten gerichteten Abschnitt und einen sich daran anschließenden, nach oben gerichteten Abschnitt aufweist und daß der nach oben gerichtete Abschnitt geheizt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach oben gerichteter Abschnitt des Rückführrohrs (6) als Heizrohr (11) dient und aus »inem Metall mit wesentlich höherem elektrischem Widerstand besteht als der übrige Teii des Rückführrohres (6) und daß eine Anordnung zum Liefern von Heizstrom an das Heizrohr (11) vorgesehen ist, die einen das Kabel (1) umgebenden, in der Nähe des Kühlmittelauslasses (B) angeordneten, sättigbaren Magnetkern (12) und einen Leiter (13) aufweist in dem durch den Magnetkern (12) Strom zum Heizen des Heizrohres (11) induziert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, &cZ der Magnetkern (12) so ausgebildet ist, daß er gesättigt ist, wenn i*™ Kabel (1) der ohne Kühlung des Kabels (1) maximal zulässige Strom fließt und der vom Magnetkern (12) in dem Leiter (13) induzierte Strom das Zweifache des im gekühlten Kabel (1) maximal zulässigen Stroms nicht Übersteigt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr (11) an seinem Umfang thermisch isoliert ist

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 turn Kühlen einer dreiphasigen Starkstromleitung tnit drei Starkstromkabeln, von denen jedes von einem Magnetkern umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Kabel (1) ein Rückführrohr (6) vorgesehen ist, von denen jedes ein Heizrohr (11) enthält, daß die Anordnung (12,13) zum Heizen der Heizrohre (11) erste Leiter (7) aufweist, welche die drei Rückführrohre (6) auf der Seite der Kühleinheit (10) elektrisch kurzschließen und zweite Leiter (13), (welche durch die drei Magnetkerne (12) geführt sind Und die Rückführrohre (6) auf der Seite der Kühlmittelauslässe ^elektrisch kurzschließen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 !zum Kühlen einer dreiphasigen Starkstromleitung mit drei Starkstromkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Kühlmittelauslässe (B)aer drei Kabel (1) durch eine dreiarmige Rohrverzweigung mit dem Rückiührrohr (6) verbunden sind, daß die drei IKühl.mitteleinlässe (A) der drei Kabel durch eine dreiarmige Rohrverzweigung mit dem Zuführrohr (4) verbunden sind, daß das Rückführrohr (6) und das Zuführrohr (4) aus elektrisch gut leitendem Metall bestehen, daß der Leiter (13) das Rückführrohr (6) mit dem Zuführrohr (4) elektrisch verbindet und sich durch den Magnetkern (12) erstreckt, der eines der Kabel (1) in der Nähe seines Kühlmittelauslasses (B)

umgibt, und daß mindestens ein Teil des Heizrohrs (11) sich unter den Kühlmittelauslässen ^befindet.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (14) im unteren Teil des aufsteigenden Abschnitts des Rückführrohres (6) angeordnet ist, die das verdampfte Kühlmittel vom flüssigen Kühlmittel trennt, und daß der aufsteigende Abschnitt des Rückführrohres (6) zwischen der Trennvorrichtung (14) und der Kühleinheit (10) mehrere Steigrohre (15,16, 17) mit verschieden großen Durchmessern aufweist, die so angeordnet sind, daß das verdampfte Kühlmittel bei Zunahme der Temperatur des Kabels (1) bevorzugt durch das Steigrohr (15, 16, 17) mit dem kleinsten Durchmesser strömt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführrohr (6), das Steigrohr (16) mit dem kleinsten Durchmesser und das Zuführrohr (4) aus elektrisch gut leitendem Metall bestehen und an der Kühleinheit (10) elektrisch kurzgeschlossen sind und daß der Leiter (13) sich durch den Magnetkern (12) erstreckt und das Rückführrohr (6) mit dem Zuführrohr (4) verbindet