DE7510402U - Endverschluß für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in metallgekapselte Schaltanlagen - Google Patents

Description

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Dr. Ernst Kuhn Mannheim,

68 Mannheim 1, O/kf^ ^

Leibnizstr. 6 7502 G

Endverschluss für Hochspannungskabel mit wassergekünltem Leiter zur Einführung in metallgekapselte Schaltanlagen.

Die Neuerung betrifft- einen Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen.

Der steigende Bedarf an elektrischer Energie in Ballungsräumen und der Bau von weiteren Kraftwerken sehr hoher Erzeugerleistung machen für die unterirdischen Ubertragungswege Hochspannungskabel mit stark erhöhter Ubertragungsleistung erforderlich. Die herkömmlichen Hochspannungskabel sind bei Verlegung im Erdboden und natürlicher Kühlung in ihrer Ubertragungsleistung begrenzt, da sie sich bei hohem Belastungsstrom stark erwärmen und die Wärme durch die Kabelisolierung und den Erdboden nicht gut abgeführt wird. Hochbelastete Kabel werden daher durch Verlegung in von Kühlwasser durchströmte Rohre einer künstlich verstärkten äusseren Kühlung unterworfen, wodurch sich die Ubertragungslsistung je nach Ausführung um den Faktor 2-3 erhöhen lässt. Eine beträchtlich stärkere Erhöhung,wie sie etwa künftigen Anforderungen entsprechen wird, kann durch innere Wasserkühlung der Kabel erzielt werden. Solche Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter stellen eine im Gang befindliche Neuentwicklung in bezug auf hohe Spannungen über 100 kV dar.

Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter unterscheiden sich von herkömmlichen Hochspannungskabeln vor allem durch das verhältnismässig grosse im Leiter angeordnete Kühlwasserrohr von mehreren Zentimeter Durchmesser, ferner durch den wesentlich dickeren Leiter und die wesentlich grösseren Durchmesser von Isolierung, Mantel und Schutzschichten. Das im Kreislauf geführte und sich im Kabel -erwärmende Kühlwasser wird am Kabel-

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ende rUckgekUhlt bevor es von neuem am Kabelanfang eingepumpt wird. Da die RückkUhleinrichtung auf Erdpotential liegt, wird das aus dem Kabel kommende und auf dem hohen Potential des Leiters befindliche Kühlwasser erst nach Erdpotential überführt, was rait jls besonders ausgebildetem Kabelendverschluss erfolgt. Am Kabelanfang wird das rückgekühlte Kühlwasser in einem gleichgebauten Kabelendverschluss in umgekehrter Richtung von Erdpotential nach dem hohen Leiterpotential überführt.

Die bereits bekannten Bauformen solcher Kabelendverschlüsse ( z.B. DT-OS 2 257 720 ) bestehen aus zwei Funktionsteilen, wobei der erste Funktionsteil die Aufgabe hat, den Leiter hochspannungsisoliert gegen geerdete Teile aus dem Kabel herauszuführen, beispielsweise zum Anschluss an die Stromschiene eines Schalters und der zweite Funktionsteil die Aufgabe hat, das leitfähige Kühlwasser spannungs- und kurzschlussicher vom hohen Leiterpotential nach Erdpotential bzw. umgekehrt zu überführen. Demgemäss wird der erste Funktionsteil von einem Hochspannungskabelendverschluss ähnlich herkömmlicher Bauart, jedoch für grossen Leiter mit KUhlwasserdurchführung gebildet, bestehend aus Porzellanisolator, spannungsgesteuerter Wickelkeule auf der Kabelader, Kopfarmatur des Isolators zur Abdichtung und zum mechanischen und elektrischen Anschluss einerseits des Leiters, andererseits der weiterführenden Stromschiene, ferner mit Durchführung und Verlängerung des Kühlwasserrowes. Das verlängerte Kühlwasserrohr dient als Verbindungsrohr zum nachfolgenden zweiten Funktionsteil, der im wesentlichen aus einem Isolierrohr mit Befestigungsflanschen an den Enden und einer Kopfarmatur besteht, wobei das eine Ende mit der Kopfarmatur, in die das verlängerte Kühlwasserrohr eingeführt ist, auf Leiterpotential, d. h. auf Hochspannung liegt und das andere Ende auf Erdpotential liegt. Das Kühlwasser durchläuft das Potentialgefälle im Isolierrohr, dessen Länge und Durchmesser so bemessen sind, dass einerseits keine Durchschläge oder Längsüberschläge bei Überspannungen erfolgen, andererseits der Widerstand der Wassersäule nicht zu niedrig bzw. der Isolationsstrom zu hoch wird. Das Isolierrohr kann in einem ölgefüllten Schutzisolator untergebracht sein.

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Diese beschriebenen Spezialkabelendverschlüsse sind nur zur Auf- ' -r

\ stellung in freier Luft verwendbar, wobei die zur Vermeidung von

Spannungsüberschlägen notwendigen grossen Schutz- und Sicherheitsabstände einzuhalten sind. Da für die künftige Energieversorgung in Ballungsräume^aus Trassen- und Platzmangel vielfach auf unterirdische Verteilerstationen und damit auf die raumsparenden metallgekapselten und mit SFg-Gas isolierten Hochspannungsschaltanlagen übergegangen wird, ist es erforderlich, dass auch für Hochleistungskabel mit wassergekühltem Leiter geeignete Einführungsendverschlüsse in solche Anlagen zur Verfügung stehen.

Der Neuerung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen zu schaffen.

Gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen sind charakterisiert durch vollständigen Einbau aller hochspannungführenden Teile in geerdete metallische UmhUllumgen, die grossenteils rohrförmig sind, mit im Vergleich zu freier Luft sehr kleinen inneren Isolierabständen, die durch die Anwendung eines elektronegativen Isoliergases hoher Durchschlagsfestigkeit unter erhöhtem Druck, insbesondere SFg-Gas, ermöglicht sind»

Die Aufgabe wird nach der Neuerung dadurch gelöst, dass der Kabelendverschluss in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und jeder Funktionsteil in einer eigenen, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung angeordnet wird, die eine Verlängerung oder Abzweigung der Schaltanlagekapselung bildet und wobei der erste Funktionsteil aus einem Isolator, einer epannungsgesteuerten Wickelkeule auf der .Kabelader und einer Kopfarmatur mit elektrischen Anschlüssen und durchgeführtem KUhlwasserrohr besteht und wobei der zweite Funktionsteil aias einem an den Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr für den Kühlwasserdurchfluss und einer Kopfarnatur besteht, in die das aus dem ersten Funktionsteil

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j herausgeführte verlängerte KUhlwasserverbindungsrohr zum

Anschluss an das Isolierrohr eingeführt ist.

Das Isolierrohr kann zum Schutz und zur Erhöhung der mechani sehen Festigkeit innerhalb der Kapselung in einem Schutzisolator angeordnet werden»

Das Kühlwasser tritt nach Durchlaufen des Isolierrohres in einem Weiterleitungsrohr aus der Kapselung aus und gelangt zur !Rückkühleinrichtung. Nach erfolgter Abkühlung wird es im Kühlwasserkreislauf weitergeführt.

!Die beiden Funktionsteile des Kabeleinführungsendverschlusses können samt ihrer Kapselung gemäss der Neuerung mit ihren Achsen parallel nebeneinander oder auf gleicher Achse hintereinander angeordnet werden, was besonders vorteilhaft ist, da die Kapselung einfacher zu gestalten ist, ferner innerhalb der Kapselung keine Kühlwasserumlenkung erforderlich ist und dadurch der Strömungswiderstand nicht vergrössert wird. Die 'beiden Funktionsteile können je nach den Gegebenheiten der Gesamtanlage auch senkrecht zueinander stehen oder unter einem beliebigen Winkel angeordnet werden. Bei Nebeneinanderanordaung kann bei kleineren Spannungen auch eine gemeinsame Kapselung durch ein abgeflachtes Gehäuse vorgesehen werden, Jedoch ist dann die Feldverteilung ungünstiger und der Aufwand für die Druckfestigkeit des Gehäuses grosser.

Wach einer vorteilhaften Weiterbildung der Neuerung enthält dor zweite Funktionsteil zwei koaxial angeordnete Isolierrohre, wobei das innere Isolierrohr an den Enden geschlossen ist oder wobei statt des inneren Isolierrohres ein massiver Isolierstab von gleichem Durchmesser eingesetzt ist. Durch die Anordnung von einem äusseren und einem inneren Isolierrohr bzw. einem inneren Isolierstab wird ein Zwischenraum von schmalem ringförmigen Querschnitt gebildet, durch den das Kühlwasser iliesst. Auf diese Weise kann der Durchmesser des äusseren Rohres genügend gross gewählt werden, damit. ilie Feldstärke an der Oberfläche der Wasrsrsäule bzw. des

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Rohres unterhalb der Glimmeinsatzfeldstärke bleibt utid der ^Ly Durchflussquerschnitt uad damit der Ableitstro»vi kann genügend klein gehalten werden»

Un nachteilige Elektrolysevorgänge wie Bildung von Metallionen, Metallabtragung, Leitfähigkeitserhöhunß, Korrosion und dergl. in der KUhlwassersäule des Isolierrohres und den angrenzenden, als Elektroden wirkenden Metallteile weitgehend zu hemmen oder zu vermeiden, werden gemäss der Neuerung die Oberflächen der angrenzenden Metallteile mit chemisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle, Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet. Es können auch Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material vor den Elektroden, in leitender Verbindung mit ihnen stehend, angeordnet werden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Neuerung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der in zugehörigen ßchematischen Zeichnungen dargestellte Ausfuhrungsbeispiele erläutert werden.

Figur 1 zeigt den Kabelendverschluss mit Kühlwasserführung eines in die metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Nebeneinanderanordnung der zwei Funktionsteile,

Figur 2 zeigt den Kabelendverschluss mit Kühlwasserführung eines in die metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Hintereinanderanordnung der zwei Funktionsteile,

Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform des zweiten Funktionsteiles, mit zwei Isolierrohren.

In der Fig. 1 stellt 1 das ankommende Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter dar, beispielsweise für eine Spannung von 110 kV, mit dem zentralen Kühlwasserrohr 2, das von dem im Kreislauf geführten Kühlwasser 3 durchflossen wird. Das Kabel 1 endet im ersten Funktionsteil des Kabelendverschlusses, der aus dem Aderende mit der aufgebrachten spannungsgesteuerten

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Wickelkeula if, dem Isolator 5 und Beiner Kopf armatur 6 gebll·* /Ί (J det wird und in der geerdeten, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 7 angeordnet 1st* Das in der Kopfarmatur 6 herausgeführte KUhlwasserrohr 2 wird an das Verbindungsrohr 8 angeschlossen, in dom das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Kabelendverschlusses geführt wird, der aus dem an seinen Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr 9 und dessen Kopfarmatur 10 besteht und der in der geerdeten, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 11 angeordnet ist. Auseerhalb der Kapselung 11 wird das Kühlwasser im Rohr 12 weitergeleitet zur nicht eingezeichneten RUckkUhlelnrichtung, von der aus es wieder in kalten Zustand in das Kabel zurückgelangt·

Die Stromschiene 13 der Schaltanlage, die in der rohrförmig verlängerten und mit verschliessbaren Montageöffnungen ausgerüsteten Anlagekapselung ll\ durch den Isolierstutzer 15 zentral gehalten wird, wird hochstromleitend mit der Kopfarmatur 10 verbunden, falls diese hochstromleitend durch das Rohr 16 mit der Kopfarmatur 6 verbunden ist, andernfalls wird sie unmittelbar an letztere angeschlossen. Alle hochspannungfUhrenden Teile sind zur Vermeidung von Sprühentladungen gut abgerundet, ebenso die gegenüberliegenden geerdeten Teile.

Die Fig. 2 zeigt eine andere AusfUhrungsmöglichkeit des Kabelendverschlusses gemäss der Neuerung, bei der der zweite Funktionsteil auf der verlängerten Achse des ersten Funktionsteiles angeordnet ist, so dass das Kühlwasser nicht nachteilig umgelenkt werden muss, ferner ist hier das Isolierrohr in einem Schutzisolator untergebracht, was besonders zur Beherrschung von grösseren Drücken vorteilhaft ist, beispielsweise am Anfang von langen Kabeln, wo das Kühlwasser unter hohem Druck in das Kabel gepumpt wird.

In der Fig.2 stellt 21 das ankommende Hochspannungskabel dar, mit dem zentralen Kühlwasserrohr ZZ₁ in dem das Kühlwasser 23 fliesst.. ~>er erste Fanktionsteil des Kabelendverschlusses wird wie in der Fig.l gebildet au; dem Kabeladerende mit der aufgebrachten spannungügesteuerten Wickelkeule Z^, dem Isolator 25 mit seiner Kopfarmatur 26, durch die das Kühlwasser-

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rohr herausgeführt 1st. Dieser erste Funktionsteil ist in der vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 27 angeordnet. Das Kühlwasser wird geradeaus durch das Verbindungsrohr 28 zum Isolierrohr 29 mit der Kopfarmatur 30 als zweitem Funktionsteil weitergeführt, der in einem Schutzisolator 31 mit ölfUllung 32 steht und wobei das Ganze in der vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 33 angeordnet ist. Das öl der ölfüllung 32 kann erforderlichenfalls uragepumpt und ausserhalb der Kapselung gekühlt werden, es kann auch unter erhöhten Druck gesetzt werden. Das Kühlwasser wird ausserhalb der Kapselung in dem Rohr 34 zur RUckkühleinrichtung geleitet.

Der hohe Ubertragungsstrom fliesst von der Kopfarmatur 26 zur angeschlossenen seitlich abzweigenden Stromschiene 33 der Schaltanlage, die durch den hier beispielsweise konisch gestalteten Isolierstützer 36 zentrisch in der rohrförmigen Schaltanlagekapselung 37 gehalter, wird.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des zweiten Funktionsteiles des Kabelendverschlusses. Das Kühlwasser fliesst in diesem Fall durch den Zwischenraum von ringförmigem Querschnitt zwischen den beiden koaxial angeordneten Isolierrohren 41 und 42, Das innere Isolierrohr ist zu diesem Zweck an den Enden geschlossen und mit Isolieröl 43 gefüllt. Statt des inneren Isolierrohres 4I kann auch ein massiver Isolierstab eingesetzt werden, die beide jeweils durch Stege in ihrer Lage gehalten werden. Durch die Kopfarmatur 44 wird das Kühlwasser zugeleitet und durch das Abflussrohr 45 fliesst es weiter zur RUckkühleinrichtung. Die AusfUhrungsform mit dem Doppelisolierrohr kann weiterhin in einem Schutzisolator mit Ölfüllung, wie bei Fig. 2 beschrieben, untergebracht werden.

Um bei dem hohen Spannungsgefälle in der Wassersäule innerhalb des Isolierrohres nachteilige Elektrolysevorgänge weitgehend einzuschränken, können neuerungsgemäss die Oberflächen der in Kontakt mit der Wassersäule stehenden und als Elektroden wirkenden Metallteile mit chemisch unangreifbarem Material wie Platin oder einem nichtmetallischen Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet werden.Es

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können auch Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material vor den genannten Metallteilen in leitender Verbindung mit ihnen angeordnet werden.

Die AusfUhruagsformen der Neuerung sind auch vorteilhaft anwendbar, wenn als Kühlmittel nicht Wasser, sondern eine andere Flüssigkeit wie z»B. öl dient.

Schutzansprüche: - 9 -

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Claims (1)

SchutzansprUche :

1. Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelendverschluss in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und jeder Funktionsteil in einer eigenen, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung (7jll»27,33)angeordnet wird, die eine Verlängerung oder Abzweigung der Schaltanlagekapselung (Uf,37) bildet und wobei der erste Funktions teil aus einem Isolator (5,25), einer spannungsgesteuerten Wickelkeule (4,24) auf der Kabelader und einer Kopfarmatur (6,26) mit elektrischen Anschlüssen und durchgeführtem KUhI-wasserrohr besteht und wobei der zweite Funktionsteil aus einem an den Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr (9,29) für den Kühlwasserdurchfluss und einer Kopfarmatur (10,30) besteht, in die das aus dem ersten Funktionsteil herausgeführte verlängerte Kühlwasserverbindungsrohr (8,28) zum Anschluss an das Isolierrohr (9,29) eingeführt ist.

2· Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierrohr (9 bzw.29) In einem Schutzisolator (3D angeordnet wird.

3» Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Funktionsteile mit Ihren Achsen parallel nebeneinander oder auf gleicher Achse hintereinander angeordnet werden, oder senkrecht zueinander stehen.

if» Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Funktions -teil zwei koaxial angeordnete Isolierrohre ( IfI, if2 ) enthält, wobei das Innere Isolierrohr ( ^l ) an den Enden geschlossen ist oder wobei statt des

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inneren Isolierrohres (kl) ein massiver Ißollers -b von gleichem Durchmesser eingesetzt ist.

Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der an die Kuhlwassersäule im Isolierrohr ( 9, 29, 42 ) angrenzen/en Metallteile mit chemisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet sind uad / oder Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material in der Kühlwassersäule vor den Metallteilen in leitender Verbindung mit diesen angeordnet werden.

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