EP0562331A2 - Elektrisches Ein- oder Mehrleiterverbundkabel mit integrierter Kühlung - Google Patents

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EP0562331A2
EP0562331A2 EP93103539A EP93103539A EP0562331A2 EP 0562331 A2 EP0562331 A2 EP 0562331A2 EP 93103539 A EP93103539 A EP 93103539A EP 93103539 A EP93103539 A EP 93103539A EP 0562331 A2 EP0562331 A2 EP 0562331A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite
cable according
electrical
composite cable
cable
Prior art date
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Application number
EP93103539A
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English (en)
French (fr)
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EP0562331A3 (en
EP0562331B1 (de
Inventor
Werner Prof. Dr.-Ing. Rasquin
Heinrich Prof. Dr.-Ing. Brakelmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Original Assignee
Felten and Guilleaume Energietechnik AG
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Publication date
Application filed by Felten and Guilleaume Energietechnik AG filed Critical Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Publication of EP0562331A2 publication Critical patent/EP0562331A2/de
Publication of EP0562331A3 publication Critical patent/EP0562331A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/42—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction
    • H01B7/421—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation
    • H01B7/423—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation using a cooling fluid

Definitions

  • the invention relates to an electrical single or multi-conductor composite cable with integrated cooling according to the preamble of the main claim.
  • DE OS 16 40 122 shows a multi-core electrical pressure cable, in which a cooling tube is arranged in the gusset spaces between the energy wires.
  • the shape of the cooling tube is circular, so that there is only a linear contact to the conductor wire.
  • the position of the oval wires of the cable is not fixed over the cable length; their position is random because of the twists that cannot be prevented in the stranding process.
  • the cooling tube has insufficient contact with the wire.
  • Another form of cooled cable is to place a coolant tube centrally in the conductor of the energy core (DE 23 27 316).
  • the invention has for its object to propose cooled power cables for higher performance based on existing design principles.
  • the power cables according to the invention are to be distinguished by a compact structure.
  • the task is solved with the features of the main claim. Advantageous further developments can be found in the subclaims.
  • existing pipes can be used by pulling the old cables out and pulling in the cables according to the invention. They can be used to transmit higher powers, saving expensive earthwork during the laying process.
  • the lower thermal load on the cable also means a lower thermal load on the ground.
  • the composite profiles according to the invention also have a supporting function, which has a favorable effect on the determination of the wires in the cable.
  • a typical field of application of the invention is a multi-core External gas pressure cable.
  • the core gusset rooms there are composite profiles that are crossed with one or more hollow channels of different cross-sections.
  • a cooling medium is passed through the hollow channels.
  • Another embodiment of the cable according to the invention is proposed for single-core cables which are used in high-performance networks, e.g. for 400 kV, can be used.
  • the composite ducts, which are inserted in the space above the vein, have a kidney shape.
  • the composite profiles are placed close or less closely adjacent around the wire.
  • the edge profile of the adjacent composite profiles is even if the maximum filling of the space above the wire is required.
  • the cross sections of the composite profiles are adapted according to the invention to the cross section of the gusset spaces in the multi-conductor cable.
  • the outer contour of the composite profiles is designed so that they optimally fill the gusset space in the multi-conductor cable and lie close to the surface of the wires, so that good heat transfer is guaranteed.
  • the core-facing contour of the composite profile corresponds to the contour of the core facing the composite profile.
  • gusset spaces of different sizes are created. so the gusset room is filled to the maximum.
  • An almost triangular cross section optimally fills the gusset space and allows extensive contact with the wire surface.
  • it is proposed to use at least one composite profile with a circular cross section in a cable in addition to composite profiles with a triangular cross-sectional area.
  • the composite profiles according to the invention can in particular be stranded in the single-core cable.
  • the positions of the axes of the oval wires are determined by stranding the composite profiles according to the invention.
  • the gusset spaces are given defined sizes and the core axes are fixed.
  • a true-to-profile core layer is created over the entire cable length.
  • the composite profile is preferably made of highly thermally conductive material. Mainly aluminum or copper are available as materials.
  • the composite profile is stranded with the wires as a previously extruded cable element.
  • the hollow channels are made according to the invention from thin, corrosion-resistant tubes, preferably from stainless steel.
  • the composite profiles can be made from extruded aluminum, with the stainless steel tubes being fed from the inlet side into the press in which the composite profiles are extruded.
  • the heat absorbed by the cooling medium is dissipated via heat exchangers located at certain stations along the cable route.
  • thermally insulates at least one hollow duct in the case of cables which contain a composite profile with a plurality of hollow ducts or a plurality of composite profiles with a hollow duct.
  • a thermally insulating material made of glass or plastic in the form of braid, powder, fibers or fine-grained is provided as insulation.
  • the thermally insulated hollow channel serves to return the heated cooling medium so that thermal couplings between the cooling medium supply line and return line are prevented. With this measure, the heated cooling medium in the same cable section to a heat exchanger to be led back. This allows the heat exchanger stations to be concentrated in specific locations and yet does not have to reduce the distance between the stations.
  • the thermal insulation can consist of a network of glass fibers with which the jacket of the hollow channel is wound. Another solution is to embed a fine-grain thermal insulator between two coaxial tubes.
  • the two tubes can be made of stainless steel or the inner tube is made of stainless steel and the outer tube made of aluminum.
  • the composite profiles with insulated hollow duct are stranded as cable elements in the multi-conductor cable with the cable cores or in the single-conductor cable with the cable core, since even a heat-insulating covering made of braid around the hollow duct jacket can be processed in one step in the manufacture of the composite profiles in the extruder.
  • the sum of the cross sections of the hollow channels for the supply line of the cooling medium can be selected equal to the sum of the cross sections of the hollow channels for the return line.
  • a composite profile is provided with several parallel channels parallel to the hollow channel.
  • a serrated or toothed profile is created around the jacket of the hollow channel. Paired, symmetrical parallel channels are favorable.
  • Composite profiles equipped with parallel channels can also be manufactured as extrusion elements.
  • the parallel channels can either be straight (parallel) to the axis of the composite profile or lead around the hollow channel in a helix.
  • a fiber-shaped sensor and / or at least one optical message conductor can be drawn into at least one parallel channel.
  • the parallel channels are preferably open towards the jacket of the hollow channel.
  • a sensor inserted into the parallel channel lies directly on the jacket.
  • Physical or chemical sensors are proposed as sensors that report operating variables of the cable or the line system, which can also be used for alarm messages.
  • Optical fibers are very suitable as sensors. For example, they can be used to detect heat (hot spots) or magnetic field changes.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a multi-conductor cable according to the invention.
  • a three-wire gas pressure cable 20 is shown.
  • the three cores 22, 22 ′, 22 ′′ (conductor cross section typically 90 to 800 mm 2) are each surrounded by insulation 24, which is provided with an inner 26 and an outer conductive layer 27.
  • a gas-tight, but pressure-compliant membrane consisting of a metal jacket 29 and a pressure protection bandage 30.
  • the stranded composite is held together by a flat wire reinforcement 40 which is designed to be slidable, so that the cable can be easily pulled into outer tubes.
  • the gas pressure is maintained in the gas space 50.
  • the outer jacket 53 consists of a solid metal tube 52 (iron) with corrosion protection 54.
  • a composite profile 62, 62 ', 62''in each of the gusset spaces There is a composite profile 62, 62 ', 62''in each of the gusset spaces.
  • the composite profiles are each crossed with three hollow channels 66, 66 ', 66''of different cross-section, through which a cooling medium can flow.
  • a hollow channel preferably consists of a stainless steel tube 64 which is embedded in the composite profile 62 extruded from aluminum.
  • the contour 31 of the composite profiles is designed so that it matches the contour of the wire surface 32 of the conductor 22, 22 ', 22'', so that good heat transfer is ensured.
  • the space 30 between the composite profiles 62, 62 ', 62''and the cores 22, 22', 22 '' is unfilled.
  • the axes AA, A'A 'of the oval wires 22, 22', 22 '' run almost towards the center of the cable.
  • Fig. 2 in which an external gas pressure cable with sheath 53 is also shown, the axes AA, A'A 'of two wires coincide; the axis BB of the third wire lies parallel to the axis of the first wire. Gusset rooms of different sizes are created.
  • the cross sections of the composite profiles are, according to the invention, the cross section of the gusset spaces and the outer contour 31 of the composite profiles is adapted to the contour 32 of the wires. 2 shows that a composite profile with a triangular cross section is located in two gusset spaces 30 and a circular composite profile 72 is located in the third gusset space.
  • the cable sheath 53 is constructed as in FIG. 1.
  • the composite profiles are each crossed with a coolant-carrying hollow channel 76, 76 ', 76''with a circular cross section. Furthermore, it is shown that a composite profile is provided with a stainless steel tube 64, which is wound with a material 68 of low thermal conductivity (braid made of glass fibers).
  • the outer tube 70 can be made of aluminum or stainless steel.
  • the cross sections of two hollow channels 76 ', 76''are small and the cross section of the third hollow channel 76 corresponds approximately to the sum of the cross sections of the two first hollow channels.
  • the hollow channels 76 ', 76''are provided for the supply of the cooling medium and the thermally insulated hollow channel 76 is provided for the return of the heated cooling medium.
  • the axes of the wires assume more or less any position in the stranding process. Since the cross-sections of the composite profiles are matched to the outer contours of the cores and the size of the gusset spaces, the position of the oval conductor wires is determined by the stranding of the composite profiles.
  • FIG. 3 shows an outer pressure cable with a jacket 53 in which the axes AA, BB, CC of the oval conductors 22, 22 ′, 22 ′′ lie on the sides of a triangle, so that gusset spaces 30 of equal size are created.
  • the outer contour 31 of the composite profiles is designed in accordance with the contour 32 of the wire surface.
  • the composite profiles are each crossed with a coolant-carrying hollow channel 66, 66 ', 66'', the cross sections (as in FIG. 2) being selected to be of different sizes.
  • the hollow channel with the larger cross section consists of two coaxial tubes 64.70.
  • the space between the tubes is filled with a thermally insulating medium 68.
  • the thermally insulated hollow channel 66 is used to return the heated cooling medium.
  • a composite profile 62 ' is provided with additional parallel channels 80 parallel to the hollow channel 66'.
  • the parallel channels can either be designed parallel to the axis of the composite profile or lead around the hollow channel in a helix.
  • the fiber 82 of an optical waveguide is drawn into one of the parallel channels.
  • the optical fiber serves as a physical or chemical sensor.
  • the cable sheath 53 is constructed as in FIG. 1.
  • Fig. 4 shows with the reference numerals as used in Fig. 2, a three-wire cable (gas pressure cable) with jacket 53 and with a central composite profile 62 ', with four composite profiles 62 located in the gusset spaces 30 and a thermally insulated composite profile 72 with outer circular cross section for the coolant return.
  • the outer contour 31 of the composite profiles is designed in accordance with the contour 32 of the wire surface.
  • the hollow channels 76, 76 ' are each surrounded by a longitudinal tube 64, 64'.
  • FIG. 5 shows a single-core cable 100 with composite profiles and hollow channels 116.
  • FIG. 5 shows four embodiments, which are shown in the drawing as four sectors S1, S2, S3, S4 of the cable. The embodiments differ only in the design of the composite profiles 108, 108 ', 108'',108'''.
  • the conductor 102 is surrounded by a conductor smoothing 104, above which the conductor insulation 105 with an outer conductive layer 106 connects.
  • the inner cable is enclosed by a corrugated sheath 131, which lies in a conventional outer sheath 132 with corrosion protection 134.
  • the composite profiles 108 ' are made circular from highly thermally conductive material with an internal stainless steel tube 122.
  • sector S2 there are only shell-free, circular composite profiles 108 ′′ in the interspace 130.
  • sector S3 and S4 the adjacent, kidney-shaped composite profiles abut one another. Its contour 110 facing the wire corresponds to the outline contour 106 of the wire.
  • the edge profile 111 is approximately circular (semicircular arc) to the adjacent composite profile, in sector S4 the edge profile 112 is flat.
  • the closest contact between adjacent composite profiles 108 arises with a flat edge profile 112, as shown in sector S4.
  • the thermal and electrical conductivity is optimal because the space 130 is almost completely filled.
  • the magnetic shielding effect is high in this embodiment.
  • a single-core cable with a composite profile is only produced in one of the embodiments 108, 108 ', 108' ', 108' '' shown in the four sectors.
  • mixed forms of at least two embodiments of the composite profiles are also possible.
  • the hollow channels 116 can have different internal cross sections. It is also not shown how it is proposed according to the invention that hollow ducts in the composite profiles of the single-core cable can be surrounded by a heat-insulated jacket.
  • the thermally insulated hollow channels are intended for the return of the cooling medium.
  • the cross sections can also be selected here so that the cooling medium is supplied through one or more hollow channels via a cross-sectional sum which corresponds approximately to the cross-sectional sum of the hollow channels for the return line of the cooling medium.
  • the hollow channels 116 in single-conductor cables 100 can also be surrounded by parallel channels.

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  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Ein- oder ein Mehrleiterverbundkabel (20) mit integrierter Kühlung, mit denen höhere Übertragungsleistungen als herkömmlich ermöglicht werden.
In den Adernzwickelräumen (30) des Mehrleiterkabels liegen Verbundprofile (62,62',62''), die mit einem oder mehreren Hohlkanälen (66,66',66'') unterschiedlichen Querschnitts durchzogen sind. Durch die Hohlkanäle wird ein Kühlmedium geleitet. Die Außenkontur der Verbundprofile (62,62',62'') ist so gestaltet, daß diese den Zwickelraum (30) optimal ausfüllen und eng an der Oberfläche der Adern (22,22',22'') anliegen, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
Nach der Erfindung zeichnen sich Energiekabel durch kompakten Aufbau aus. Die thermische Belastung des Energiekabels und des Kabelgrabens wird deutlich verringert und der Legevorgang wird wesentlich vereinfacht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Ein- oder ein Mehrleiterverbundkabel mit integrierter Kühlung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Mit Erhöhung der zu übertragenen Leistung überschreiten bekannte Energiekabel ihre zulässige Temperaturgrenze. Dann helfen Zwangskühlungen weiter. Es sind verschiedene Ausgestaltungen von gekühlten Energiekabeln bekannt. Beispielsweise zeigt die DE OS 16 40 122 ein mehradriges elektrisches Druckkabel, bei dem in den Zwickelräumen zwischen den Energieadern ein Kühlrohr angeordnet ist. Die Form des Kühlrohres ist kreisförmig, so daß zur Leiterader nur ein linienförmiger Kontakt entsteht. Weiterhin ist die Lage der ovalen Adern des Kabels über die Kabellänge nicht fixiert; ihre Lage ist wegen der im Verseilprozeß nicht zu verhindernden Verdrehungen zufällig. Das Kühlrohr hat nur ungenügenden Kontakt zur Ader. Eine andere Form gekühlter Kabel besteht darin, zentral in den Leiter der Energieader ein Kühlmittelrohr zu legen (DE 23 27 316).
  • Mit zunehmender Übertragungsleistung wird die thermische Belastung eines Kabels größer. Es müssen Wege gefunden werden, um der Erhöhung der Leistung Rechnung zu tragen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von vorhandenen Konstruktionsprinzipien gekühlte Energiekabel für höhere Leistungen vorzuschlagen. Die erfindungsgemäßen Energiekabel sollen sich durch kompakten Aufbau auszeichnen. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Zum Beispiel können bei Gasaußendruckkabel vorhandene Rohre von Kabeln genutzt werden, wenn die alte Kabeln herausgezogen und erfindungsgemäße Kabel eingezogen werden. Mit ihnen können höhere Leistungen übertragen werden, wobei kostenträchtige Erdarbeiten beim Legevorgang eingespart werden. Mit der geringeren thermischen Belastung des Kabels ist auch eine geringer thermische Belastung des Erdbodens verbunden.
  • Ebenfalls stellt sich als vorteilhaft heraus, daß ein geringerer Aufwand für die thermische Stabilisierung des Kabelgrabens notwendig ist und daß sich die Lebensdauer des Kabels erhöht.
  • Die erfindungsgemäßen Verbundprofile haben auch Stützfunktion, was sich günstig auf die Festlegung der Adern im Kabel auswirkt.
  • Ein typisches Anwendungsgebiet der Erfindung ist ein mehradriges Gasaußendruckkabel. In den Aderzwickelräumen liegen Verbundprofile, die mit einem oder mehreren Hohlkanälen unterschiedlichen Querschnitts durchzogen sind. Durch die Hohlkanäle wird ein Kühlmedium geführt.
  • Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels wird für Einleiterkabel vorgeschlagen, die in Höchstleistungsnetzen, z.B. für 400 kV, einsetzbar sind. Die Verbundkanäle, die im Raum über der Ader eingebracht werden, haben etwa Nierenform.
  • Je nach Höhe der geforderten Kühlleistung werden die Verbundprofile eng oder weniger eng benachbart um die Ader herumgelegt. Das Kantenprofil der zueinander benachbarten Verbundprofile ist ebenflächig ausgebildet, wenn die maximale Füllung des Raums über der Ader gefordert ist.
  • Die Querschnitte der Verbundprofile sind erfindungsgemäß dem Querschnitt der Zwickelräume im Mehrleiterkabel angepaßt. Die Außenkontur der Verbundprofile ist so gestaltet, daß sie den Zwickelraum im Mehrleiterkabel optimal ausfüllen und eng an der Oberfläche der Adern anliegen, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Die aderzugewandte Kontur des Verbundprofils entspricht erfindungsgemäß der verbundprofilzugewandten Kontur der Ader.
  • Je nach Lage der ovalen Adern im Gasaußendruckkabel entstehen unterschiedlich große Zwickelräume. so daß der Zwickelraum maximal gefüllt ist. Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, unterschiedlich große Zwickelräume mit Verbundprofilen unterschiedlichen Querschnitts zu füllen. Beispielsweise kann in zwei Zwickelräumen mit kleinem Dreiecksquerschnitt je ein Verbundprofil und im dritten Zwickelraum nur ein Verbundprofil mit großem Dreiecksquerschnitt liegen.
  • Ein annähernd dreieckiger Querschnitt füllt den Zwickelraum optimal aus und erlaubt einen großflächigen Kontakt mit der Aderoberfläche. In einer kostengünstigen erfindungsgemäßen Alternative wird vorgeschlagen, neben Verbundprofilen mit dreieckiger Querschnittsfläche mindestens ein Verbundprofil mit kreisrundem Querschnitt in einem Kabel zu verwenden.
  • Die erfindungsgemäßen Verbundprofile können insbesondere im Einleiterkabel mitverseilt sein. In Mehrleiterkabeln werden durch das Mitverseilen der erfindungsgemäßen Verbundprofile die Lagen der Achsen der ovalen Adern festgelegt. Die Zwickelräume erhalten definierte Größen und die Aderachsen eine feste Lage. Es entsteht eine profiltreue Aderlage über die gesamte Kabellänge.
  • Das Verbundprofil wird vorzugsweise aus hochwärmeleitendem Material hergestellt. Als Materialien stehen vornehmlich Aluminum oder Kupfer zur Verfügung. Das Verbundprofil wird als zuvor extrudiertes Kabelelement mit den Adern verseilt.
  • Der enge Kontakt der Verbundprofile aus gut wärmeleitendem Material erlaubt wirksame Wärmeableitung von den Aderoberflächen. Um den korrosionsfreien Betrieb bei der Durchleitung des Kühlmediums (Wasser, Kühlöl oder Flüssiggas) sicherzustellen, werden erfindungsgemäß die Hohlkanäle aus dünnen korrosionsfesten Röhrchen, vorzugsweise aus Edelstahl, ausgeführt. Die Verbundprofile lassen sich aus extrudiertem Aluminium herstellen, wobei die Edelstahlröhrchen von der Einlaufseite her in die Presse eingeleitet werden, in der die Verbundprofile extrudiert werden.
  • Die vom Kühlmedium aufgenommene Wärme wird über Wärmetauscher, die an bestimmten Stationen an der Kabelstrecke angeordnet sind, abgeführt.
  • Erfindungsgemäß wird bei Kabeln, die ein Verbundprofil mit mehreren Hohlkanälen oder mehrere Verbundprofile mit einem Hohlkanal enthalten, vorgeschlagen, mindestens einen Hohlkanal thermisch zu isolieren. Als Isolierung wird ein thermisch isolierendes Material aus Glas oder Kunststoff in Form von Geflecht, Pulver, Fasern oder feinkörnig vorgesehen. Der thermisch isolierte Hohlkanal dient der Rückleitung des erwärmten Kühlmediums, so daß thermische Kopplungen zwischen der Kühlmediumhinleitung und -rückleitung unterbunden werden. Mit dieser Maßnahme kann das erwärmte Kühlmedium im selben Kabelabschnitt zu einem Wärmeaustauscher zurückgeführt werden. Dadurch kann man die Wärmetauscherstationen auf bestimmte Orte konzentrieren und muß dennoch den Abstand der Stationen nicht verkleinern.
  • Die thermische Isolierung kann aus einem Geflecht aus Glasfasern bestehen, mit der der Mantel des Hohlkanals umsponnen ist. Eine andere Lösung besteht darin, zwischen zwei koaxialen Röhrchen einen feinkörnigen thermischen Isolator einzubetten. Die beiden Röhrchen können aus Edelstahl sein oder das innere Röhrchen ist aus Edelstahl und das äußere aus Aluminium.
  • Die Verbundprofile mit isoliertem Hohlkanal werden als Kabelelemente im Mehrleiterkabel mit den Kabeladern oder im Einleiterkabel mit der Kabelader verseilt, da selbst ein wärmeisolierender Überzug aus Geflecht um den Hohlkanalmantel in einem Arbeitsgang bei der Herstellung der Verbundprofile im Extruder mit verarbeitbar ist.
  • Um den Strömungswiderstand der Hohlkanäle aufeinander anzupassen, kann die Summe der Querschnitte der Hohlkanäle für die Hinleitung des Kühlmediums gleich der Summe der Querschnitte der Hohlkanäle für die Rückleitung gewählt werden.
  • Es ist sinnvoll, die Verbundprofile in elektrischen Kontakt mit dem Kabelschirm zu bringen, damit Kabelschirm und Verbundprofil auf Erdpotential liegen. Die einfachste Maßnahme ist, zwischen den metallischen Verbundprofilen und dem Kabelschirm keine elektrisch isolierenden Stoffe zu verseilen. Die im Kontakt mit dem Kabelschirm stehenden Verbundprofile vergrößern den Leitungsquerschnitt oder Leitwert des Kabelschirms, so daß der Schirm größere Ströme tragen kann. Die thermische Kabelbelastung ist daher auch im Fehlerfall (Kurzschluß) geringer als bei bekannten Kabeln. Kabel mit erfindungsgemäßen Verbundprofilen erlauben höhere Mantel- bzw. Schirmlängsströme, wodurch ein Sicherheitsgewinn eintritt. Der größere Leitwert des Kabelschirms hat einen weiteren günstigen Effekt zur Folge, daß sich nämlich das magnetische Streufeld des Kabels verringert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbundprofil parallel zum Hohlkanal mit mehreren Parallelkanälen versehen. Es entsteht ein Zacken- oder Zahnprofil um den Mantel des Hohlkanals herum. Günstig sind paarweise, symmetrisch liegende Parallelkanäle. Mit Parallelkanälen ausgestattete Verbundprofile lassen sich ebenfalls als Extrusionselement herstellen. Die Parallelkanäle können entweder geradeaus (parallel) zur Achse des Verbundprofils ausgeführt sein oder in Schraubenlinie um den Hohlkanal herumführen.
  • In mindestens einem Parallelkanal kann ein faserförmiger Sensor und/oder mindestens ein optischer Nachrichtenleiter eingezogen sein. Die Parallelkanäle sind vorzugsweise zum Mantel des Hohlkanals hin offen. In dieser Ausführung liegt ein in den Parallelkanal eingefügter Sensor direkt auf dem Mantel auf. Als Sensoren werden physikalische oder chemische Sensoren vorgeschlagen, die Betriebsgrößen des Kabels oder des Leitungssystems melden, die auch zu Alarmmeldungen benutzt werden können.
  • Sehr geeignet als Sensoren sind Lichtwellenleiter. Sie sind beispielweise einsetzbar zum Erkennen von Wärme (hot spots) oder von Magnetfeldänderungen.
  • Die Erfindung wird in den Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
    • Fig. 1
    eine erste Ausführungsform (Gasaußendruckkabel) des erfindungsgemäßen Kabels;
    Fig. 2
    ein Dreileiterkabel (Gasaußendruckkabel) mit unterschiedlich großen Zwickelräumen und mit drei Verbundprofilen unterschiedlichen Querschnitts;
    Fig. 3
    ein Dreileiterkabel (Gasaußendruckkabel) mit gleichgroßen Zwickelräumen und mit gleichgroßen Verbundprofilen;
    Fig. 4
    ein Dreileiterkabel (Gasinnendruckkabel) mit mehreren Verbundprofilen und einem isoliert ausgeführten Hohlkanal;
    Fig. 5
    vier Ausführungsformen eines Einleiterkabels mit Verbundprofilen.
  • In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrleiterkabels dargestellt. Es ist ein Dreileiter-Gasaussendruckkabel 20 dargestellt. Die drei Adern 22,22',22'' (Leiterquerschnitt typischerweise 90 bis 800 mm² ) sind je mit einer Isolierung 24 umgeben, die mit einer inneren 26 und einer äußeren Leitschicht 27 versehen ist. Darüber sitzt eine gasdichte, aber drucknachgiebige Membran, bestehend aus Metallmantel 29 und einer Druckschutzbandage 30. Der Verseilverbund wird durch eine Flachdrahtbewehrung 40 zusammengehalten, die gleitfähig ausgestaltet ist, so daß das Kabel leicht in Außenrohre einziehbar ist. Im Gasraum 50 wird der Gasdruck aufrecht gehalten. Der Außenmantel 53 besteht aus einem festen Metallrohr 52 (Eisen) mit Korrosionsschutz 54.
  • In den Zwickelräumen liegt je ein Verbundprofil 62,62',62''. Die Verbundprofile sind mit je drei Hohlkanälen 66,66',66'' unterschiedlich Querschnitts durchzogen, durch die ein Kühlmedium strömen kann. Vorzugsweise besteht ein Hohlkanal aus einem Edelstahlröhrchen 64, welches im aus Aluminium extrudierten Verbundprofil 62 eingebettet ist. Die Kontur 31 der Verbundprofile ist so gestaltet, daß sie mit der Kontur der Aderoberfläche 32 des Leiters 22, 22',22'' übereinstimmt, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Der Raum 30 zwischen den Verbundprofilen 62, 62',62'' und den Adern 22,22',22'' ist ungefüllt.
  • In Fig. 1 laufen die Achsen AA,A'A' der ovalen Adern 22,22',22'' nahezu auf den Mittelpunkt des Kabels zu. In Fig. 2, in der ebenfalls ein Gasaußendruckkabel mit Mantel 53 dargestellt ist, fallen die Achsen AA,A'A' zweier Adern zusammen; die Achse BB der dritten Ader liegt parallel zur Achse der ersten Ader. Es entstehen unterschiedlich große Zwickelräume. Die Querschnitte der Verbundprofile sind erfindungsgemäß dem Querschnitt der Zwickelräume und die Außenkontur 31 der Verbundprofile ist der Kontur 32 der Adern angepaßt. In Fig. 2 ist nun gezeigt, daß in zwei Zwickelräumen 30 je ein Verbundprofil mit Dreiecksquerschnitt und im dritten Zwickelraum ein kreisförmiges Verbundprofil 72 liegt. Der Kabelmantel 53 ist wie nach Fig. 1 aufgebaut.
  • Die Verbundprofile sind mit je einem kühlmittelführenden Hohlkanal 76,76',76'' mit kreisförmigem Querschnitt durchzogen. Weiterhin ist dargestellt, daß ein Verbundprofil mit einem Edelstahlrohr 64 versehen ist, das mit einem Material 68 geringer thermischer Leitfähigkeit (Geflecht aus Glasfasern) umsponnen ist. Das äußere Rohr 70 kann aus Alumium oder aus Edelstahl sein. Die Querschnitte zweier Hohlkanäle 76',76'' sind klein und der Querschnitt des dritten Hohlkanals 76 entspricht etwa der Summe der Querschnitte der beiden ersten Hohlkanäle. Die Hohlkanäle 76',76'' sind für die Hinleitung des Kühlmediums und der thermisch isolierte Hohlkanal 76 ist für die Rückleitung des erwärmten Kühlmediums vorgesehen.
  • Ohne Verbundprofil nehmen im Verseilvorgang die Achsen der Adern mehr oder weniger beliebige Lagen ein. Da die Querschnitte der Verbundprofile auf die Außenkonturen der Adern und die Größe der Zwickelräume abgestimmt sind, wird die Lage der ovalen Leiteradern durch das Mitverseilen der Verbundprofile festgelegt.
  • In Fig. 3 ist ein Druckaußenkabel mit Mantel 53 gezeigt, in dem die Achsen AA, BB,CC der ovalen Leiter 22,22',22'' auf den Seiten eines Dreiecks liegen, so daß gleichgroße Zwickelräume 30 entstehen. Das Außenkontur 31 der Verbundprofile ist entsprechend der Kontur 32 der Aderoberfläche gestaltet. Die Verbundprofile sind mit je einem kühlmittelführenden Hohlkanal 66,66',66'' durchzogen, wobei die Querschnitte (wie in Fig. 2) unterschiedlich groß gewählt sind. Der Hohlkanal mit dem größeren Querschnitt besteht aus zwei koaxialen Röhrchen 64,70. Der Zwischenraum zwischen den Röhrchen ist mit einem thermisch isolierenden Medium 68 ausgefüllt. Der thermisch isolierte Hohlkanal 66 dient der Rückleitung des erwärmten Kühlmediums.
  • Ein Verbundprofil 62' ist parallel zum Hohlkanal 66' mit zusätzlichen Parallelkanälen 80 versehen. Die Parallelkanäle können entweder parallel zur Achse des Verbundprofils ausgeführt sein oder in Schraubenlinie um den Hohlkanal herumführen. In einem der Parallelkanäle ist die Faser 82 eines Lichtwellenleiters eingezogen. Der Lichtwellenleiter dient als physikalischer oder chemischer Sensor. Der Kabelmantel 53 ist wie nach Fig. 1 aufgebaut.
  • Fig. 4 zeigt mit den Bezugszeichen, wie sie in Fig. 2 verwendet wurden, ein Dreileiterkabel (Gasinnendruckkabel) mit Mantel 53 und mit einem zentralen Verbundprofil 62', mit vier in den Zwickelräumen 30 liegenden Verbundprofilen 62 und ein thermisch isoliert ausgeführtes Verbundprofil 72 mit äußerem kreisrunden Querschnitt für die Kühlmittelrückführung. Die Außenkontur 31 der Verbundprofile ist entsprechend der Kontur 32 der Aderoberfläche gestaltet. Die Hohlkanäle 76,76' sind jeweils mit einem Längsrohr 64,64' umgeben.
  • Fig. 5 zeigt ein Einleiterkabel 100 mit Verbundprofilen und Hohlkanälen 116. In Fig. 5 sind vier Ausführungsformen dargestellt, die zeichnerisch als vier Sektoren S1,S2,S3,S4 des Kabels dargestellt sind. Die Ausführungsformen unterscheiden sich nur durch die Gestaltung der Verbundprofile 108,108',108'',108'''.
  • Der Leiter 102 ist mit einer Leiterglättung 104 umgeben, darüber schließt sich die Leiterisolierung 105 mit äußerer Leitschicht 106 an. Auf der Leitschicht 106 und mit ihnen in elektrischem Kontakt liegen die Verbundprofile 108, 108',108'', 108''', die mit einer Bandage 125 fixiert sind. Das Innenkabel ist umschlossen von einem Wellmantel 131, der in einem in konventioneller Art ausgeführtem Außenmantel 132 mit Korrosionsschutz 134 liegt.
  • Im Sektor S1 sind die Verbundprofile 108' kreisrund aus hochwärmeleitfähigem Material mit innenliegendem Edelstahlrohr 122 ausgeführt. Im Sektor S2 liegen nur mantellose, kreisrunde Verbundprofile 108'' im Zwischenraumraum 130. Im Sektor S3 und S4 stoßen die benachbarten, nierenförmig ausgebildeten Verbundprofile aneinander. Ihre der Ader zugekehrte Kontur 110 entspricht der Umrißkontur 106 der Ader. Im Sektor S3 ist das Kantenprofil 111 zum benachbarten Verbundprofil etwa kreisförmig (Halbkreisbogen), im Sektor S4 ist das Kantenprofil 112 flächig ausgebildet.
  • Der engste Kontakt benachbarter Verbundprofile 108 untereinander entsteht mit einem flächigen Kantenprofil 112, wie in Sektor S4 dargestellt. Hierbei ist die thermische und elektrische Leitfähigkeit optimal, weil der Zwischenraum 130 nahezu vollständig ausgefüllt ist. Die magnetische Abschirmwirkung ist in dieser Ausführungsform hoch.
  • In der Regel wird ein Einleiterkabel mit einem Verbundprofil nur in einer der in den vier Sektoren dargestellten Ausführungsform 108,108',108'',108''' hergestellt. Es sind jedoch auch Mischformen von mindestens zwei Ausführungsformen der Verbundprofile möglich.
  • Nicht in Fig. 5 dargestellt ist, daß die Hohlkanäle 116 verschiedene innere Querschnitte aufweisen können. Ebenfalls ist nicht dargestellt, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, daß Hohlkanäle in den Verbundprofilen des Einleiterkabels mit einem wärmeisolierten Mantel umgeben sein können. Die wärmeisolierten Hohl - kanäle sind für die Rückleitung des Kühlmedium vorgesehen. Wie schon erwähnt, können auch hier die Querschnitte so gewählt werden, daß die Hinleitung des Kühlmediums durch ein oder mehrere Hohlkanäle über eine Querschnittssumme erfolgt, die etwa der Querschnittssumme der Hohlkanäle für die Rückleitung des Kühlmediums entspricht.
  • Die Hohlkanäle 116 in Einleiterkabeln 100 können, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen bei Mehrleiterkabeln, auch mit Parallelkanälen umgeben sein.

Claims (19)

  1. Elektrisches Ein- oder Mehrleiterverbundkabel mit integrierter Kühlung durch mindestens ein mitverseiltes kühlmittelführendes Kabelelement, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein kühlmittelführender Hohlkanal (66,76,116) in einem Verbundprofil (62, 108) untergebracht ist und daß das Verbundprofil (62,108) mit thermischem Kontakt auf der Aderoberfläche (22,106) aufliegt.
  2. Elektrisches Einleiterverbundkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundprofile (108) den Raum über der Ader (130) maximal füllen.
  3. Elektrisches Mehrleiterverbundkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zwickelraum (30) mit einem Verbundprofil (62) maximal gefüllt ist.
  4. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundprofile (62,108) im Kabel (20,100) verseilt sind.
  5. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aderzugewandte Konturlinie (32,110) des Verbundprofils der verbundprofilzugewandten Konturlinie (31) der Ader (22,106) entspricht.
  6. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kabel (20,100) Verbundprofile (62,72,108) mit ungleichen Querschnittsflächen liegen.
  7. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundprofil (62,108) aus hochwärmeleitendem Material ist.
  8. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kühlmittelführende Hohlkanal (66,76,116) mit einem Mantel (64,122) aus korrosionsfestem Material umgeben ist.
  9. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundprofil mit Hohlkanalmantel (64,122) ein extrudiertes Element ist.
  10. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hohlkanal (66,76,116) mit einem wärmeisolierenden Material (68) umgeben ist.
  11. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundprofil mit wärmeisoliertem Hohlkanal (66,76,116) als extrudiertes Element ausgeführt ist.
  12. Elektrisches Verbundkabel nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material (68) zwischen zwei koaxialen Rohren (64,70) eingebettet ist.
  13. Elektrisches Verbundkabel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitte der isolierten Hohlkanäle (66,76) etwa der Summe der Querschnitte der nicht isolierten Hohlkanäle (66',66'',76',76'') entspricht.
  14. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkanal (66') mit einem Kranz von Parallelkanälen (80) umgeben ist.
  15. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelkanäle (80) gerade im Verbundprofil (62') liegen.
  16. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelkanäle (80) geschraubt im Verbundprofil (62') liegen.
  17. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelkanäle (80) vom Hohlkanal (66') durch ein Längsrohr (64') getrennt sind.
  18. Elektrisches Verbundkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Parallelkanal (80) mit einem Nachrichtenleiter oder einem Sensor (82) gefüllt ist.
  19. Elektrisches Verbundkabel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (82) auf Änderung der Betriebsgrößen des Kabels (20,100) oder des Leitungssystems anspricht.
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