DE2832881A1

DE2832881A1 - Heat dissipating pipe for underground power cables - is installed with cable and wholly buried to distribute heat over earth

Info

Publication number: DE2832881A1
Application number: DE19782832881
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Rer Nat Rohner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1980-02-14

Abstract

A heat conductive pipe removes heat dissipated by underground power cables to achieve a more intensive cooling without servicing or any above ground installations. One end of the pipe is attached to, or near, the cable while the other end is placed some distance away in the soil. Heat is thus transferred away from the cable, and the isotherms in the soil made to follow a more favourable pattern. The pipe is, with advantage, made as a meander with successive hot and cold sections.

Description

Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektrischenDevice for dissipating the heat loss from electrical

Energiekabeln Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektrischen Energiekabeln, beispielsweise von erdverlegten Starkstromkabeln. Hierzu dient ein selbsttätig arbeitendes sog. Wärmerohr, dessen Arbeitsmedium am Ort höherer Temperatur (Heizzone) verdampft, am Ort niedrigerer Temperatur (Kühlzone) kondensiert und ständig zur Heizzone zurücktransportiert wird.Power cables The present invention relates to an apparatus for dissipating the heat loss from electrical power cables, for example from underground power cables. An automatically working so-called heat pipe is used for this purpose. whose working medium evaporates at the place of higher temperature (heating zone), at the place of lower temperature Temperature (cooling zone) condenses and is constantly transported back to the heating zone.

Insbesondere für gekapselte, druckgasisolierte Hochspannungsleitungen ist zur Ableitung der beim Betrieb entstehenden Verlustwärme bereits eine Kühlanlage bekannt (CH-PS 594 269),.Especially for encapsulated, compressed gas insulated high-voltage lines is already a cooling system to dissipate the heat losses generated during operation known (CH-PS 594 269) ,.

die aus mindestens einer in Wärmekontakt mit der Energieleitung stehenden Manschette besteht. Von der Manschette führt eine Rohrleitung zu einem über dem Erdboden liegenden Kùhlkörper, so daß die in der Rohrleitung befindliche, bei niederer Temperatur siedende Flüssigkeit nach dem Wärme- transport von der Energieleitung an die Erdoberfläche dort kondensiert und selbsttätig zur Manschette wieder zurückgeführt wird. Diese Konstruktion bedeutet wegen der Vielzahl notwendiger Manschetten und Kühlkörper einen erheblichen montagetechnischen Aufwand, sie ist überall dort nicht mehr einsetzbar, wo oberhalb des Erdbodens längs der Kabeltrasse Kühlkörper aus Platzgründen nicht möglich oder aus optischen Gründen unerwünscht sind.those from at least one in thermal contact with the power line Cuff. A pipe runs from the cuff to one above the Heat sink lying on the ground, so that the one in the pipeline, at lower Temperature boiling liquid after the heat transport from the Energy conduction to the earth's surface there condenses and automatically to the cuff is returned again. This construction means more necessary because of the multitude Cuffs and heat sinks require a considerable assembly effort, it is Can no longer be used anywhere above the ground along the cable route Heat sink not possible for reasons of space or undesirable for optical reasons are.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, die den wirtschaftlichen Einsatz sog.The invention is therefore based on the object of providing a possibility to find the economic use of so-called.

Wärmerohre auch zur Wärmeabfuhr von erdverlegten Energiekabeln gestattet.Heat pipes are also permitted for heat dissipation from underground energy cables.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Wärmerohr aus einem Metallrohr besteht, das über seine Länge so geformt ist, daß es mehrmals Heiz- und Kühlzonen durchläuft.This object is achieved according to the invention in that the heat pipe consists of a metal tube which is shaped along its length so that it is several times Passes through heating and cooling zones.

Gegenüber der bekannten Kühlanordnung ergibt sich hierdurch der besondere Vorteil einer praktisch endlosen Wärmerohreinheit, die flexibel und daher an die jeweiligen Gegebenheiten leicht anpaßbar ist. Das endlose Wärmerohr ist ohne großen Aufwand herstellbar und zu verlegen, über der Erdoberfläche befindliche Kühlvorrichtungen sind nicht mehr erforderlich.Compared to the known cooling arrangement, this results in a special one Advantage of a practically endless heat pipe unit, which is flexible and therefore to the is easily adaptable to the respective circumstances. The endless heat pipe is without major Effort to produce and relocate, cooling devices located above the surface of the earth are no longer required.

Der Einsatz nach der Erfindung aufgebauter Wärmerohre längs einer Kabel trasse bringt eine drastische Verschiebung der Isothermen mit sich und erhöht somit beträchtlich den Wärmefluß vom Kabel weg. Damit kann entweder die Betriebstemperatur erniedrigt oder aber die Belastung erhöht werden. Der spezielle Vorteil nach der Erfindung aufgebauter Wärmerohre ist noch darin zu sehen, daß eine Verlegung der Wärmerohre ohne aufwendige Vorbereitungen an der Kabeltrasse möglich ist.The use of heat pipes constructed according to the invention along a Cable route brings about a drastic shift in the isotherms and increases thus considerably the heat flow away from the cable. This allows either the operating temperature decreased or the load increased. The special advantage after the Invention built heat pipes is still to be seen in the fact that a laying of the Heat pipes can be made without elaborate preparations on the cable route.

Das Wärmerohr nach der Erfindung kann schon aufgrund seiner Flexibilität beliebig geformt sein. Besondere Vorteile ergeben sich in Weiterführung der Erfindung jedoch, aJenn das Wärmerohr wendelförmig gewickelt oder aber mäanderförmig ver- legt ist. Für den Fall einer mäanderförmigen Verlegung wird man die Anordnung zweckmäßig so treffen, daß das Wärmerohr in einer Ebene verläuft, die parallel zur Kabellängsachse angeordnet ist. Im kabelnahen Bereich herrscht beim Betrieb des Kabels-eine höhere Temperatur als im kabelfernen Bereich, das Arbeitsmedium wird deshalb in den Windungen der Heizzone des Wärmerohres verdampfen, nach oben steigen, an den Außenwänden kondensieren und wieder zurückfließen. Die dabei umgesetzte Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme bewirkt die hohe Wärmeleitfähigkeit dieses Systems.The heat pipe according to the invention can be due to its flexibility be arbitrarily shaped. Particular advantages result from a continuation of the invention however, aIf the heat pipe is wound in a helical shape or in a meandering shape lays is. In the case of a meandering installation, the arrangement is appropriate meet so that the heat pipe runs in a plane that is parallel to the longitudinal axis of the cable is arranged. In the area close to the cable, there is a higher level of operation when the cable is operated Temperature than in the area away from the cable, the working medium is therefore in the windings evaporate in the heating zone of the heat pipe, rise to the top, condense on the outer walls and flow back again. The heat of evaporation or condensation converted in the process causes the high thermal conductivity of this system.

Diese besondere gute Wirksamkeit des Wärmerohres ist hier im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die die Heizzone bildenden Rohrbereiche auf einem tieferen Niveau liegen als die die Kühlzonen bildenden Rohrbereiche. Es brauchen also keine weiteren Vorkehrungen zur Rückführung des Kondensats vorgenommen werden, da dieses schon aufgrund der Schwerkraft zur Heizzone zurückfließt.This particularly good effectiveness of the heat pipe is essential here due to the fact that the pipe areas forming the heating zone on a deeper Are level than the pipe areas forming the cooling zones. So you don't need any further precautions must be taken to return the condensate, as this flows back to the heating zone due to gravity.

Eine andere oft zweckmäßige Zuordnung von Wärmerohr und Kabel ist die, wenn z. B. bei einer dreiphasigen Kabelanordnung die durch das Wärmerohr gebildete Wendel das mittlere Kabel umfaßt, während die beiden anderen Kabel von außen an die Wendel herangelegt sind. Abweichend hiervon kann man in Weiterführung des Erfindungsgedankens aber auch so vorgehen, daß zwischen jeweils zwei Kabeln das Wärmerohr in einer zur Kabellängsachse parallelen Ebene mäanderförmig angeordnet ist.Another often useful assignment of heat pipes and cables is which, if z. B. in a three-phase cable arrangement that formed by the heat pipe Helix encompasses the middle cable, while the other two cables are connected from the outside the helix are placed. Deviating from this, one can continue the idea of the invention but also proceed so that between each two cables the heat pipe in one to Cable longitudinal axis is arranged meandering parallel plane.

Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is based on the exemplary embodiments shown in FIGS explained in more detail.

Die Belastbarkeit von Starkstrom-Energiekabeln, die kunststoffisolierte Kabel, ölgefüllte Kabel oder auch sog. gasisolierte Kabel sein können, ist im wesentlichen durch die max. zulässige Betriebstemperatur für das Kabel gegeben. Die Betriebstemperatur stellt sich im Gleichgewicht so ein, daß der entstehende Temperaturunterschied zwischen Kabel und Umgebung gerade einen solchen Wärmestrom aufrecht erhält, daß die im Kabel entstehende Verlustwärme abgeführt wird. Ein verbesserter Wärmeabfluß durch einen reduzierten Wärmewiderstand der Umgebung ist deshalb wünschenswert, weil dann entweder die Betriebstemperatur erniedrigt oder die Belastung erhöht werden kann.The resilience of high-voltage power cables, the plastic-insulated Cables, oil-filled cables or so-called gas-insulated cables, is essentially given by the maximum permissible operating temperature for the cable. The operating temperature adjusts itself in equilibrium in such a way that the arising Temperature difference between the cable and the environment just maintains such a heat flow that the heat generated in the cable is dissipated. An improved heat dissipation a reduced thermal resistance of the environment is therefore desirable because then either the operating temperature is lowered or the load is increased can.

Zur Verstärkung der Wärmeabfuhr vom Kabel weg sieht die Erfindung, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, z. B. an einem Einleiter-Energiekabel vor, in Richtung des Kabels 1 noch unterhalb der Erdoberfläche 2 ein Wärmerohr 3 anzuordnen, das über seine Länge, in Kabelrichtung gesehen, so geformt ist, daß es mehrmals Heiz- und Kühlzonen durchläuft.To increase the heat dissipation away from the cable, the invention provides as can be seen from FIG. 1, e.g. B. on a single-conductor power cable, in the direction of the cable 1 still below the surface of the earth 2 to arrange a heat pipe 3, the is shaped over its length, seen in the direction of the cable, so that it and passes through cooling zones.

Die Wärmerohranordnung 3 wird in einer senkrechten Ebene parallel zum Kabel 1 zusammen mit dem Kabel in den Erdboden eingebracht und gleichzeitig wieder mit Erdreich zugeschüttet.The heat pipe assembly 3 becomes parallel in a vertical plane to the cable 1 brought together with the cable in the ground and at the same time backfilled with soil.

Eine einfache und wenig aufwendige Verlegung.A simple and inexpensive installation.

Das Arbeitsmedium des Wärmerohres 3 richtet sich nach den vorgesehenen Betriebstemperaturen, geeignete Medien sind z. B.The working medium of the heat pipe 3 depends on the intended Operating temperatures, suitable media are e.g. B.

Wasser oder Frigen.Water or frigen.

Wie aus der Fig. 1 weiter ersichtlich, führt das Einbringen.As can also be seen from FIG. 1, the introduction leads.

des selbsttätig wirkenden Wärmerohres 3 zu einer Verschiebung der Isothermen 4, so daß der Wärmeabfluß vom Kabel weg erhöht und damit z. B. die Belastbarkeit des Kabels verbessert wird.of the automatically acting heat pipe 3 to a shift of the Isotherms 4, so that the heat flow away from the cable increases and thus z. B. the resilience of the cable is improved.

Vorteilhafte Ausführungen der Wärmerohranordnung 3 sind z. B.Advantageous versions of the heat pipe assembly 3 are, for. B.

in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Die Fig. 2 zeigt die mäanderförmige Verlegung eines Wärmerohres, wobei das Rohr 5 selbst z. B. aus einem Wellrohr besteht. Dieses Rohr kann beispielsweise aus einem 0,3 mm starken Kupferband hergestellt sein, das in einem kontinuierlichen Arbeitsprozess zu einem Rohr geformt, an den Kanten verschweißt und anschließend gewellt worden ist. An den Enden ist das Rohr 5 nach entsprechender Evakuierung und Einfüllen des Arbeitsmediums mitten der Kappen 6 druckdicht verschlossen. Die Heizzonen sind mit 7 und die Kühlzonen mit 8 bezeichnet, es sind, je nach Länge der Gesamtanordnung, eine Vielzahl nebeneinander liegender Bereiche, die nunmehr eine wirksame Wärmeabfuhr vom Kabel gestatten.shown in Figs. Fig. 2 shows the meander-shaped Laying a heat pipe, the pipe 5 itself z. B. consists of a corrugated pipe. This tube can be made from 0.3 mm thick copper tape, for example be that formed into a tube in a continuous work process to the Edges welded and then corrugated. At the ends is the pipe 5 after appropriate evacuation and filling of the working medium in the middle of Caps 6 sealed pressure-tight. The heating zones are designated with 7 and the cooling zones with 8, there are, depending on the length of the overall arrangement, a large number of adjacent ones Areas that now allow effective heat dissipation from the cable.

Diese Wärmerohranordnung arbeitet selbsttätig und wartungsfrei.This heat pipe arrangement works automatically and is maintenance-free.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Anwendungsmöglichkeiten erfindungsgemäß aufgebauter Wärmerohreinheiten im Zusammenhang mit der Kühlung elektrischer Energiekabel. Hier sind jeweils dreiphasige Übertragungssysteme dargestellt, z. B. mit den Phasenleitern 9, 10 und 11, die nebeneinander im Erdboden verlegt sind.3 and 4 show possible applications constructed according to the invention Heat pipe units in connection with the cooling of electrical power cables. here three-phase transmission systems are shown, e.g. B. with the phase conductors 9, 10 and 11, which are laid next to each other in the ground.

Die Wärmeabfuhr erfolgt nach der Fig. 3 über ein die Phase 10 wendelförmig umgebendes Wärmerohr 12, während efltsprechend Fig. 4 jeweils zwischen den Phasen 9 und 10 bzw. 10 und 11 in einer senkrechten Ebene parallel zu den Phasen die Wärmerohreinheiten 14 und 15 verlaufen.According to FIG. 3, heat is dissipated via a phase 10 in a helical manner surrounding heat pipe 12, while corresponding to FIG. 4 in each case between the phases 9 and 10 or 10 and 11 in a perpendicular plane parallel to the phases, the heat pipe units 14 and 15 run.

Claims

Claims 1. Device for dissipating the heat loss from electrical Power cables, for example from underground power cables, by means of an automatically working so-called heat pipe, its working medium at the place of higher temperature (heating zone) evaporated, condensed at the place of lower temperature (cooling zone) and continuously to Heating zone is transported back, characterized in that the heat pipe from consists of a metal tube that is shaped along its length so that it is heated several times and passes through cooling zones.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the heat pipe is helically wound or laid in a meander shape.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the meander-shaped Arrangement runs in a plane which is arranged parallel to the longitudinal axis of the cable.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the through the heat pipe formed coil one or several parallel laying at the same time Strands also surround several cables.

5. Apparatus according to claim 3 for cooling three adjacently arranged Phase cable, characterized in that the coil formed by the heat pipe the middle cable comprises, while the other two cables from the outside to the helix are introduced.

6. The device according to claim 3 for cooling three adjacently arranged Phase cable, characterized in that the heat pipe between each two cables is arranged in a meandering shape in a plane parallel to the longitudinal axis of the cable.

7. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the metal pipe from a longitudinally formed to the pipe, welded at the edges and then there is a corrugated metal strip with a thin wall thickness.

8. Apparatus according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the heat pipe is made of copper, aluminum or stainless steel.