DE7403390U - Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel mit Kühlmittelkanal aus Edelstahl - Google Patents

Description

Anmelder: Feiten & Guilleauine Kabelwerke Aktiengesellschaft 5 Köln 80 Schanzenstraße

Za/Ri 5 Köln-Mülheim, den 11. Dezember 1Q75

Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel mit Külilmittelkanal aus Edelstahl

Die Erfindung bezieht sich auf ein v/assergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel führenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals bei Aluminiumleitern mindestens 60 mm, Insbesondere gleich oder größer 70 mm ist.

Bei diesem Hochspannungs-Energiekabel gemäß der Hauptanmeldung wird der elektrische Leiter von innen mit Wasser gekühlt, wobei

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aber grundsätzliche Schwierigkeiten auftreten können; denn bei einem elektrischen Leiter, der den Hohlkanal zur Fortleitung des Kühlwassers selbst bildet, und somit aus einem gut elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Aluminium besteht, besteht die Gefahr, daß der Leiter von dem Kühlwasser angegriffen wird und ini Laufe dsr Zeit- durOhkorrodiert: Außerdem ergeben sich bei allen Verbindungsstellen, an denen die Loslängen des Kabels aneinander geschweißt sind, Probleme, wenn der als Wasserrohr dienende elektrische Leiter und die um den rohrförmigen Leiter verseilten, •~\ zusätzlichen zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts dienenden Formdrähte aus demselben Material bestehen, da in diesen Fällen die Dichtigkeit der Rohrschweißnaht nicht oder nur schwer zu gewährleisten ist, denn beim Verschweißen der äußeren Formdrähte wird wiederum die Rohrschweißnaht des inneren rohrförmigen elektrischen Leiters erhitzt, und zwar auf die Erweichungstemperatur des Materials des rohrförmigen Leiters. Weiterhin muß bei dem aus dem elektrischen Leitermaterial bestehenden, rohrförmigen Leiter darauf geachtet werden, daß alle weiteren Metallteile im Kühlkreislauf in der Spannungsreihe untereinander sehr nahe benachbart sind, um eine Elementbildung in dem Kreislauf zu vermeiden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß der rohrförmige elektrische Leiter durch Erosion aufgrund der hohen Wassergeschwindigkeit undicht werden kann.

Ausgehend von den vorstehenden Schwierigkeiten und Nachteilen, die damit verbunden sind, daß der elektrische Leiter gleichzeitig auch zur Fortleitung des Kühlmittels Wasser dient, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Hohlkanal zur Fortführung des Kühlmittels korrosions- und erosionsfest ist, dessen Material eine wesentlich höhere Schweißtemperatur als die des elektrischen Leiters hat und dessen Material mit den üblichen Leitermaterialien wie Aluminium und Kupfer kein elektrisches Element bildet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des elektrischen Aluminiumleiters ein Edelstahlrohr zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist. Durch die Vervrendung von Edelstahl wird eine Korrosion des Wasserrohres weitgehend ausgeschlossen, so daß über die gesamte Lebensdauer des Kabels, die normalerweise ²K)

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Jahre betragen soll, das Wasser von der elektrischen Isolierung abgesperrt bleibt. Weiterhin ist es aufgrund der Verwendung von Edelstahl gleichgültig, welche anderen Materialien im weiteren Kühlkreislauf eingesetzt v/erden, denn es ist bekannt, daß Kupfer und Edelstahl oder Aluminium und Edelstahl ohne Schwierigkeit miteinander kombiniert werden können. Damit wird weiterhin ermöglicht, daß die Stromabnahmestelle hinter dem Endverschluß de.?, wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels auch aus Kupfer sein kann, so daß dort eine gute Kühlwirkung für die nicht mehr gekühlten Stromabgänge vorliegt. Zudem läßt sich der Kontakt zwischen dem Kupferrohr und den Stromabgängen aus Kupfer sowie die Leiter-Verbindungen leicht und sicher herstellen. Da das aus Edelstahl bestehende den Hohlkanal bildende Wasserrohr verschweißt wird, nachdem der darüber befindliche elektrische Leiter abgesetzt worden ist, kann die Schweißnaht danach leicht überprüft werden und bei dem nachträglichen Verschweißen oder Löten des elektrischen Leiters besteht keine Gefahr, daß die Rohrschweißnaht wieder aufgeht, da die Schweißtemperaturen beider Materialien weit genug auseinander liegen.

Da während des Herstellungsprozesses des Hochspannungs-Energiekabels das Edelstahlrohr mehrmals auf- und abgetrommelt werden muß, und das Edelstahlrohr wesentlich biegesteifer als ein entsprechendes Aluminiumrohr ist, besteht die Gefahr, daß beim Biegen des Edelstahlrohrs Ovalitäten auftreten, die Jedoch unerwünscht . sind, weil sie zur Vergrößerung des Strömungswiderstandes und eventuell zu Beschädigungen des Edelstahlrohres führen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb zweckmäßig, wenn das Edelstahlrohr eine Wandstärke von etwa 2 bis 2,5 mm aufweist, denn in diesem Wandstärkebereich läßt sieh das Edelstahlrohr mehrmals, ohne daß merkliche Veränderungen im Rohrquerschnitt auftreten, biegen, d.h. auf- und abtrommeln, wobei jedoch ein Biegekerndurchmesser von etwa 5,5m eingehalten werden sollte. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, wenn der Aluminiumleiter rohrförmig ausgebildet und mit mindestens einer Lage trapezförmiger Aluminium-Pormdrähte umwickelt ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß der elektrische Leiter wesentlich wirtschaftlicher und kosten-

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günstiger hergestellt werden kann als ein aus einzelnen Wickellagen von Formdrähten hergestellter elektrischer Leiter, ohne den mit einem derartigen elektrischen Leiter verbundenen Vorteil, daß die Formdrähte einen federnden Kontakt zu der elektrischen Isolierung herstellen, aufzugeben. Weiterhin wird durch die um den rohrförmigen Aluminiumleiter gewickelten Formdrähte der Leiterquerschnitt aufgefüllt, ohne daß die Biegefestigkeit des Leiters merklich erhöht wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels der eingangs beschriebenen Art, bei dem auf das Edelstahlrohr der Aluminiumleiter, beispielsweise in einer Strangpresse, aufgeschrumpft und anschließend mit einer Lage trapezförmiger Aluminiumformdrähte umwickelt und danach isoliert und ummantelt wird. Durch das Aufschrumpfen des Aluminiumrohres entstehen in diesem Zugspannungen, wodurch ein Knicken des Edelstahlrohrs beim weiteren Biegen in der Fertigung über kleine Biegekerne verhindert wird. Weiterhin wird durch das Aufschrumpfen des Aluminiumrohrs auch bei den im Betrieb durch das unterschiedliche thermische Verhalten von Stahl und Aluminium zu erwartenden Wärmespielen an jeder Stelle des Kabels ein guter Wärmekontakt zwischen dem Edelstahlrohr und dem Aluminiumrohr gewährleistet, so daß örtliche Überhitzungen vermieden werden.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Edelstahlrohr während des Herstellungsprozesses des wassergekühlten Hochspannungs-Energiekabels unter einen inneren Überdruck gesetzt wird. Dieser Überdruck kann beispielsweise mit Hilfe einer Flüssigkeit erzielt werden. Dadurch, daß im Inneren des Edelstahlrohrs ein Überdruck herrscht, wird erreicht, daß in der Fertigung beim Biegen des Edelstahlrohres über kleinere Biegekerne Querschnittsveränderungen, d.h. Ovalitäten oder Knickungen des Edelstahlrohrs auch dann vermieden werden, wenn ein Edelstahlrohr mit einer relativ dünnen Wandstärke, d.h. beispielsweise mit einer Wandstärke von etwa 1,5 mm, verwendet wird. Aus Sicherheitsgründen, kann es bei jeder gewählten Wandstärke des Edelstahlrohres weiterhin zweckmäßig sein, wenn der im Edelstahlrohr herrschende Innendruck zumindest während dem Auf- und Abtrommeln des nicht ummantelten - und ummantelten Edelstahlrohrs bzw. fertigen Kabels aufrecht erhalten wird. Nach diesem

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erfindungsgemäßen Merkmal sollte demnach auch im Edelstahl^ohr des fertigen Hochspannungs-Energiekabel ein Innendruck herrschen» wenn dieses beim Verlegen von der Kabeltrommel, auf die es zum Transport aufgetrommelt wurde, abgetrommelt wird.

Anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Ein erfindungsgemäßes Hochspannungs-Energiekabel mit innerer Wasserkühlung besteht aus einem inneren Edelstahlrohr 1, das zur Fort-O führung des Kühlmittels Wasser 2 äient. Auf dieses Edelstahlrohr 1 ist im Strangpressverfahren als elektrischer Leiter ein Aluminiumrohr 3 aufgeschrumpft, auf dessen Umfang wenigstens eine gewickelte Lage von trapezförmigen Aluniiniumformdrähten K aufgebracht ist. Diese Aluminiumformdrähte füllen den Leiterquerschnitt des als elektrischer Leiter dienenden Aluminiumrohrs 3 auf und stellen gleichzeitig einen federnden Kontakt zu einer elektrischen Isolierung 5 her, die beispielsweise eine Öl-Papierisolierung sein kann. Zwischen der elektrischen Isolierung 5 und der aus den Formdrähten 4 gebildeten Lage ist zur Verhinderung von Felderhöhungen eine Leiterglättung 6 angeordnet. Die aus dem Edelstahlrohr 1, dem aus dem Aluminiumrohr J> und den Aluminiumdrähten 4 gebildeten elektrischen Leiter, der Leiterglättung und der elektrischen Isolierung 5 bestehende Kabelseele ist von einer elektrischen Abschirmung 7 umgeben und in einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Wellrohr 8 eingezogen. Auf dem Aluminium-· Wellrohr 8 ist zur Verhinderung von Korrosion und äußeren mechanischen Beschädigungen eine plastische Masse 9 und ein PVC-Mantel aufgebracht.

Was die Ausbildung und Anordnung des elektrischen Leiters betrifft, der im vorliegenden Fall aus dem Aluminiumrohr 3 und der Lage Aluminiumdrähte 4 gebildet ist, so sollte er einen großen elektrisch wirksamen Querschnitt besitzen, um einen möglichst hohen Übertragungsstrom zuzulassen, dabei sollte die Wandstärke des elektrischen Leiters bei Verwendung von Aluminium 15 mm und dessen Leiterquerschnitt wenigstens 3.200 mm² betragen und der Durchmesser des durch den Aluminiumleiter gebildeten Hohlkanals sollte mindestens 6θ mm,

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insbesondere gleich oder größer 70 *nm sein. Bei der erfindungsgemäßen Kabelkonstruktion ist das Aluminiumrohr 3 auf das Edelstahlrohr 1 aufgeschrumpft, so daß an jeder Stelle des Kabels ein guter Wärmekontakt zwischen dem Edelstahl 1 und dem Aluminiumrohr gewährleistet ist und somit örtliche Überhitzungen vermieden werden.

Das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Kabels unterscheidet sich von den üblichen, bekannten Herstellungsverfahren von Hochspannungs-Energiekabeln im wesentlichen dadurch, daß darauf geachtet werden muß; daß während der Kabelfertigung durch die mehrfach er-

C forderlichen Auf- und Abwickelvorgänge nach und vor jeder Fertigungsstufe, beispielsweise vor dem Aufschrumpfen des Aluminiumrohres J>, dem Umwickeln der Aluminiumrohres J>₃ dem Umwickeln der Aluminium-Drahtlagen 4, dem Aufbringen der elektrischen Isolierung 5 usw., im Querschnitt des Edelstahlrohrs 1 keine Ovalitäten oder Knickungen auftreten. Zur Verhinderung derartiger Verformungen des Querschnitts des Edelstahlrohrs 1 ist es vorteilhaft, wenn im Inneren des Edelstahlrohrs 1 beispielsweise mit Hilfe einer Flüssigkeit ein Überdruck erzeugt wird, so daß im Inneren des Edelstahlrohrs 1 ein dem Verformungsdruck entgegengesetzter Druck herrscht, der die äußeren Verformungskräfte kompensiert. Da derartige Verformungskräfte im wesentlichen nur bei dem Auf- und Abwickeln des Edelstahlrohrs 1 während

s~>. der Fertigung und beim Verlegen des fertigen Kabels auftreten, kann es ausreichend sein, wenn nur während dieser Auf- und Abwiekelvorgänge ein innerer Überdruck erzeugt wird.

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Claims (2)

Fl 4156 - 1 - 11. Dezember 1Q75 Schutzansprüche :

1. Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel, bestehend aus einem elektrischen Leiter mit abgesperrtem, das Kühlmittel {fahrenden Hohlkanal, einer den Leiter umgebenden elektrischen Isolierung und einem äußeren Kabelmantel, wobei der Durchmesser des Hohlkanals bei Aluminiumleitern mindestens 60 mm, insbesondere gleich oder größer 70 mm ist, .

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Aluminiumleiters (3) ein Etfslstahlrohr (l) zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist.

2. Wassergekühl ,es Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelstahlrohr (l) eine Wandstärke von etwa 2 - 2,6 mm aufweist.

J). Wassergekühltes Hochspannungs-Energiekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumleiter (3) rohrförmig ausgebildet und mit mindestens einer Lage trapezförmiger Aluminiumformdrähte (4)

, umwickelt ist.

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