DE3938273A1 - Mehradriges erdverlegtes hochspannungskabel-uebertragungssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehradriges erdverlegtes Hochspannungskabel-Übertragungssystem mit kunststoffisolierten Einzeladern.

Kunststoffkabel zur Übertragung von Mittel- oder Hochspannung haben sich seit langem im Markt durchgesetzt. Hierzu beigetragen hat vor allem das geringe Gewicht solcher Kabel, die Möglichkeit, diese Kabel in großen Längen herzustellen und darauf aufbauend, die geringere Zahl benötigter Verbindungsmuffen. Auch die Verlegung solcher Kabel im Erdboden bringt keine Probleme mit sich. Nach Herstellung des Kabelgrabens werden diese Kabel fortlaufend von Vorratstrommeln abgewickelt und in die Gräben eingelegt. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch dann, wenn die für solche Kabel bisher bekannten Verlegemethoden auch in Städten zur Anwendung kommen sollen. Ohne beträchtliche Verkehrsbehinderung können solche Verlegearbeiten nicht durchgeführt werden, abgesehen davon, daß der kostenmäßige Aufwand für die Vorbereitung und Herstellung von Kabelgräben oder -kanälen beachtlich ist. Zwar werden auch immer wieder Mittel- oder Hochspannungskabel im Innern von Städten verlegt, jedoch handelt es sich hierbei um verhältnismäßig kurze Längen, so daß ein Vorteil kunststoffisolierter Kabel, nämlich die Herstellung beliebig großer Längen, überhaupt nicht zum Tragen kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen kunststoffisolierte Energiekabel mittlerer und höherer Spannung unter minimalem Kostenaufwand problemlos auch in Städten zu verlegen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Hochspannungskabel-Übertragungssystem aus mantellosen Einzeladern in einem mit Isoliergas gefüllten trommelbaren Rohr. Hierbei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß mittels bekannter und für verhältnismäßig kurze Rohrlängen praktizierter Verlegeverfahren ein äußeres Schutzrohr in einzelnen Abschnitten unter verhältnismäßig geringem Aufwand auch für Unterquerungen von Straßen, Plätzen und dergleichen unmittelbar im Stadtgebiet eingesetzt werden kann. Dieses Rohr, das durch Aneinanderreihen einer Vielzahl Einzelrohrlängen von z. B. 100 bis 200 m beliebig verlängerbar ist, dient dann als äußerer Mantel für die eigentlichen spannungführenden Adern, die in dieses Rohr eingezogen werden. Dabei macht sich die Erfindung einmal zunutze die Eigenschaft kunststoffisolierter Kabel bei geringem Gewicht in großen Längen hergestellt werden zu können und zum anderen den Vorteil bekannter Verlegeverfahren für flexible Rohre mittlerer Längen, die die problemlose Unterführung dieser Rohre auch in Städten mit Hindernissen im Bodenbereich zulassen, ohne daß ganze Straßenzüge, Plätze und dergleichen aufgerissen und für die Verlegung der Kabel vorbereitet werden müßten. Die Anordnung eines äußeren Schutzrohres, in dem die Einzeladern in einer Gasfüllung angeordnet sind, hat zudem den Vorteil, daß durch die Beteiligung des isolierenden Gases an der Kunststoffisolierung auf wesentlich geringere Isolierwanddicken als üblich zurückgegriffen werden kann bzw. bei gleichen Isolierwanddicken wie bisher die Übertragungsleistung solcher Kabel erhöht werden kann. Die Lagerung der mantellosen Einzeladern in dem trommelbaren Rohr hat aber noch weitere Vorteile. So übt das Rohr gleichzeitig Schutzfunktion aus, indem das bei einer Beschädigung des Rohres austretende Gas gleichzeitig zur Leckanzeige benutzt werden kann. Zudem läßt das Isoliergas eine höhere Wärmeübertragung zu, d. h., die Einzelader oder Einzeladern sind durch die damit verbundene Konvektion im Betrieb höher belastbar.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem ist im übrigen nicht mit bekannten, im Grunde aus starren Rohren, etwa in Längen von 10 bis 20 m, bestehenden gasisolierten Kabeln vergleichbar, denn das hier verwendete Isoliergas kann unter niedrigem Betriebsdruck gehalten werden, da es die elektrische Verfestigung der Kabelisolierung bewirkt und seine Isolierfunktion nur im Zusammenhang mit der den einzelnen Leiter umgebenden Kunststoffisolierung zu sehen ist.

Der Verzicht auf einen Mantel, in der Regel aus einem mechanisch abriebfesten Kunststoff, führt bei einer dreiadrigen Ausführung z. B. zu einer wesentlichen Einsparung an Volumen, so daß auch das diese Adern umgebende Rohr entsprechend im Durchmesser klein gehalten werden kann. Die Verlegearbeiten werden dadurch weiter erleichtert.

Das gemäß der Erfindung verwendete trommelbare Rohr muß, da es mit Isoliergas gefüllt ist, im wesentlichen gasdiffusionsdicht sein. Bei den für die Zwecke der Erfindung benötigten Gasdrücken kann das trommelbare Rohr deshalb ein Kunststoffrohr sein. Solche Kunststoffrohre werden seit langem für den Transport von Gas eingesetzt, das den Haushalten z. B. zu Brennzwecken zur Verfügung gestellt wird.

Geht es jedoch darum, das äußere Rohr gleichzeitig zur elektrischen Abschirmung mitzubenutzen, dann kann man in Weiterführung der Erfindung auch so vorgehen, daß für dieses Rohr ein gewelltes Metallrohr verwendet wird. Solche Rohre, beispielsweise aus einem längs einlaufenden zum Rohr geformten längsnahtgeschweißten und gewellten Metallband hergestellt, sind extrem flexibel, sie sind auch in verhältnismäßig großen Längen herstellbar, d. h., die verwendete Rohrlänge hängt nicht von der Trommelbarkeit eines solchen Rohres, sondern ausschließlich von der Fähigkeit bekannter Techniken ab, solche Rohre ohne die Verwendung von Kabelgräben und dergleichen in der Erde zu verlegen. Bekannt ist in diesem Zuammenhang bereits ein sogenanntes Horizontalbohrverfahren, bei dem von einer fahrbaren Bohrlafette eine Spüllanze, bestehend aus drei Meter langen hochflexiblen Stahlrohrabschnitten, durch das Erdreich vorangetrieben wird. Aus Korrosionsgründen kann dann das trommelbare Rohr, das die Einzeladern entsprechend der Erfindung aufnimmt, wie üblich, mit einem geeigneten Korrosionsschutz und einem Außenmantel versehen sein.

Ein weiterer Vorteil des metallischen, z. B. aus einem Stahlband hergestellten, Rohres ist der hohe Reduktionsfaktor, der zu einer verminderten Beeinflussung in der Nähe verlegter Nachrichtenkabel führt. Auch sind solche Metallrohre feuchtigkeitsdicht, eine Feuchtigkeitsdiffusion zu den empfindlichen Kabeladern ist ausgeschlossen.

Im Rohr selbst können die mantellosen Adern mit oder ohne Kupfer-Schirm einzeln am Boden des Rohres verlegt sein, der Einziehvorgang läßt sich jedoch technisch einfacher gestalten, wenn die Einzeladern zu einem Bündel zusammengefaßt sind.

Der Einziehvorgang, bei dem ja mögliche Einzellängen von eintausend und mehr Metern in das umgebende Rohr eingeführt werden müssen, setzt voraus, daß eine hinreichende Gleitbewegung zwischen der inneren Oberfläche des Rohres und den Adern gewährleistet ist. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die Aderabschirmung mechanische Gleitmittel enthält und/oder aus solchen zumindest teilweise besteht. Solche Gleitmittel können beispielsweise Kunststoffpulver auf Basis Polytetrafluorethylen sein, das auf die Adern beim Einführgang aufgestäubt wird. Man kann aber auch so vorgehen, daß jede Ader eine Bewicklung aus gleitfähigem Kunststoff, etwa auch auf der Basis Fluorkunststoffen enthält, bzw., wenn die einzelnen Adern gebündelt sind, die zum Zwecke der Bündelung vorgenommene Bewicklung aus einem geeigneten gleitfähigen Kunststoff hergestellt ist.

Ein mehradriges Hochspannungskabel-Übertragungssystem nach der Erfindung wird vorteilhaft dadurch hergestellt, daß zunächst das die Adern aufnehmende Rohr in einer Länge oder in miteinander gasdicht verbindbaren Einzellängen im Boden verlegt, anschließend die mantellosen Einzeladern einzeln oder gebündelt über die gesamte Länge eingezogen werden, und schließlich die Rohrlänge mit einem isolierenden Gas gefüllt wird. Werden hierbei zum Verlegen der Rohre bekannte Verfahren verwendet, die eine Unterspülung von Straßenplätzen oder dergleichen zulassen, dann ist erreicht, daß Kunststoffkabel für die Energieversorgung beliebiger Längen problemlos auch in Städten verlegt werden können.

Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn die mantellosen Einzeladern am Verlegeort von getrennten Vorräten abgezogen, gebündelt und mit einer Bewicklung versehen sowie anschließend das so vorbereitete Bündel in die bereits verlegte Rohrlänge eingezogen wird. Auf diese Weise ist es möglich, auch ein mehradriges Kabelsystem in großen Längen ohne jegliche Verbindungsmuffen im Erdreich unterzubringen.

Die Erfindung sei anhand des in den Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel dargestellten 110 kV Kabelübertragungssystems näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine solche Kabelkonstruktion, bei der drei Einzeladern 1, 2 und 3 zu einem Bündel zusammengefaßt sind. Jede Einzelader besteht aus dem Innenleiter bzw. dem Leiterseil 4, das, wie bei Hochspannungskabeln auch sonst üblich, mit einer inneren Leitschicht 5 überdeckt ist. Die anschließende Isolierung 6, beispielsweise aus einem vernetzten Polyethylen, ist im Querschnitt gegenüber üblichen Hochspannungskabeln für die gleiche Betriebsspannung reduziert. Das führt dazu, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel die Isolierwanddicke z. B. 10 bis 12 mm beträgt. Die Isolierung 6 ist, wie auch sonst üblich, mit der äußeren Leitschicht 7 versehen, die zweckmäßig aufextrudiert und damit mit der Isolierung 6 innig verbunden ist. Als Abschirmung 8 dient eine Lage aus Kupferdrähten, die auf die Adern aufgeseilt sind. Zur Bündelung dient eine Bebänderung 9, auch in Form eines Profildrahtes, beispielsweise aus einem Kunststoff mit besonderen Gleiteigenschaften, etwa ein Band aus einem Fluorkunststoff, wie z. B. Polytetrafluorethylen oder aus Metall, blank oder beschichtet. Mit einem Fluorkunststoff, etwa in Pulverform, können auch die Drahtlagen der Abschirmung 8 gefüllt bzw. beschichtet sein, so daß beim Einziehen dieses gebündelten Systems in ein bereits verlegtes Rohr möglichst geringe Reibungskräfte wirksam werden. Die verwendeten Kunststoffe können vorteilhaft durch Graphit auch leitfähig sein, die Kunststoffprofile können auch mit Graphit beschichtet sein. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Metallrohr verwendet und ein sicherer Kontakt zwischen Metallrohr und Gleitdraht gefordert wird.

Für den Fall, daß auf die Abschirmung 8 der Einzeladern verzichtet wird, ist darauf zu achten, daß der Widerstand der äußeren Leitschicht vermindert und diese Schicht selbst mechanisch ertüchtigt wird. Werden die Adern in ein Kunststoffrohr eingezogen, wird ein Gleitdraht die Adern zum Bündel zusammenhalten, der gleichzeitig die Funktion der Abschirmung übernimmt. Werden die Adern in ein Metallrohr eingeführt, hat der Gleitdraht als Schirm sicheren Kontakt zum umgebenden Rohr zu halten.

Zweckmäßig kann es deshalb mitunter sein, die Abschirmung als geschlossene Folienlage auszubilden bzw. auch metallische Gleitfolien, ggf. kunststoffbeschichtet, längs einlaufen zu lassen.

Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Adern 1, 2 und 3 gebündelt entsprechend der Fig. 1 in dem Rohr 10 angeordnet sind. Dieses Rohr 10, das ein Kunststoffrohr sein kann, aber auch ein gewelltes Metallrohr, besteht aus einzelnen Rohrabschnitten, die durch geeignete Mittel miteinander verbunden sind, oder auch aus größeren Längen, wenn es sich beispielsweise um ein sogenanntes Wellrohr handelt, auf jeden Fall entsprechen aber die hierfür verwendeten Einzellängen aus Transportgründen bei weitem nicht den Längen, die für kunststoffisolierte Hochspannungs- oder Mittelspannungskabel in Frage kommen.

Das äußere Rohr 10 dient einmal als äußerer mechanischer Schutz für die an sich mantellosen, d. h. gegen mechanische Einflüsse ungeschützten, Adern 1, 2 und 3, zum anderen dient der durch das Rohr 10 geschaffene Hohlraum zur Aufnahme eines Isoliergases, beispielsweise von Stickstoff N₂ oder SF₆, wobei dieses Gas gleichzeitig dazu dient, eine dielektrische Verfestigung der Isolierung 6 jeder Kabelader herbeizuführen. Damit ist auch die bereits oben beschriebene Maßnahme gerechtfertigt, die Kabelisolierung in der Wanddicke zu reduzieren. Dies führt zu einer Querschnittsverminnderung jeder einzelnen Ader, damit aber auch gleichzeitig zur Querschnittsverminderung des Bündels und somit zu der Möglichkeit, den Rohrdurchmesser des Kunststoff- oder Wellrohres 10 zu reduzieren. Damit wird eine weitere Erleichterung des erfindungsgemäßen Systems bei der Verlegung, insbesondere auch in Stadtgebieten, erreicht.

Das in dem Rohr 10 befindliche Isoliergas, das im übrigen nur unter geringem Druck steht, dient gleichzeitig als Indikator für eine Leckstelle im Rohr, wenn der Gasdruck im Rohrsystem abnimmt.

Da im Gegensatz zu den bekannten gasisolierten Kabeln bei Anwendung der Erfindung nur mit geringen Betriebsdrücken, beispielsweise von 0,5 bis 5 bar, vorzugsweise um 1,5 bar, zu rechnen ist, sind Kunststoffrohre problemlos einsetzbar. Nach der Verlegung und Gasfüllung können die Rohrenden hermetisch abgeschlossen und nur von Zeit zu Zeit oder auch durch eine geeignete Vorrichtung fortlaufend kann der Betriebsdruck überprüft werden. Ein ständiger Gasdurchfluß kann jedoch zweckmäßig sein, wenn die Belastbarkeit des Übertragungssystems nach der Erfindung gesteigert werden soll. Mit einer Steigerung der Belastbarkeit von ca. 20% ist zu rechnen.

Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Kabel- Übertragungssystems kann sich noch dadurch ergeben, daß auf die Abschirmung der Einzeladern in der dargestellten Form mit einer zusätzlichen Drahtlage 8 verzichtet wird und die äußere Leitschicht mechanisch verstärkt und soweit ertüchtigt wird, daß ein besserer Gleitfaktor erreichbar ist. In diesem Fall wird der sog. Gleitdraht mit kurzem Schlag aufgebracht sein und den sicheren Kontakt zum gewellten Metallrohr aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt das Einziehen der drei Adern 1, 2 und 3, die von Vorräten 11, 12 und 13 abgezogen und einem an der Baustelle vorhandenen Spinner 14 zugeführt werden, der nach der Zusammenfassung der Einzeladern 1, 2 und 3 durch einen Führungsnippel 15 das Bündel 16 mit einer Bebänderung 17 umschließt. Diese Bandlage 17 kann durch Wickeln der Bänder in Abstand aufgebracht sein, da hier lediglich eine Halterung und Zusammenfassung der drei Adern für den Einzugsvorgang sowie zur Minderung der Reibungsverluste benötigt wird. Im Falle eines gewellten Metallrohres ist der Kontakt zwischen Rohrwandung und Bandlage 17 sicherzustellen.

Das Rohr 10, das im dargestellten Ausführungsbeispiel bereits in der Erde verlegt ist und in dem fortlaufend oder in Abständen Gleithilfsmittel eingebracht sind, wird nach dem Einführen des Bündels 16 mit dem Isoliergas gefüllt und beispielsweise an den Enden gasdicht verschlossen, wobei selbstverständlich für eine gasdichte Durchführung der Aderenden an Abzweig- oder Verbindungsstellen Sorge getragen werden muß.

Statt die Einzeladern am Verlegeort lediglich zu bündeln, kann man selbstverständlich die Adern vorher auch zu einem Bündel verseilen, um dann am Montageort dieses Verseilbündel in das verlegte Rohr einzubringen.

Ist das Rohr 10 ein gewelltes Metallrohr, das üblicherweise mit einer äußeren Korrosions- und Kunststoffschutzschicht vesehen ist, dann weist es beispielsweise eine Länge von 200 m auf und ist mit Hilfe eines bekannten Verfahrens, bei dem eine Spüllanze durch das Erdreich vorangetrieben wird, in seiner ganzen Länge, beispielsweise nach Unterquerung eines Straßenzuges, nach einer Flußdurchquerung und dergleichen in das Erdreich eingezogen und so für die Verlegung des erfindungsgemäßen Übertragungssystems vorbereitet worden.

Claims (11)

1. Mehradriges erdverlegtes Hochspannungs- Übertragungssystem mit kunststoffisolierten Einzeladern, gekennzeichnet durch mantellose Einzeladern in einem mit Isoliergas gefüllten trommelbaren Rohr.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das trommelbare Rohr ein Kunststoffrohr ist.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das trommelbare Rohr ein gewelltes Metallrohr ist.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeladern im Rohr zu einem Bündel zusammengefaßt sind.

5. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem die Adern eine elektrische Abschirmung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aderabschirmung mechanische Gleitmittel enthält und/oder aus solchen besteht.

6. Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aderabschirmung aus einer äußeren Leitschicht und Gleitdrähten besteht.

7. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelten Adern mit einem Gleitdraht/-band umwickelt bzw. umhüllt sind.

8. Übertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwicklung oder Umhüllung der gebündelten Adern gleichzeitig die Funktion der Abschirmung übernimmt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Übertragungssystems nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das die Adern aufnehmende Rohr in einer Länge oder in miteinander gasdicht verbindbaren Einzellängen in die Erde verlegt, anschließend die mantellosen Einzeladern einzeln oder gebündelt über die gesamte Länge eingezogen werden und schließlich die Rohrlänge mit einem isolierenden Gas gefült wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlänge insgesamt oder in Teillängen durch eine an sich bekannte Wasserspülung in das Erdreich eingebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mantellosen Einzeladern am Verlegeort von getrennten Vorräten abgezogen, gebündelt und mit einer Bewicklung versehen werden, und daß das so vorbereitete Bündel in die bereits verlegte Rohrlänge eingezogen wird.