EP0780848A1 - Gasaussendruckkabel - Google Patents

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EP0780848A1
EP0780848A1 EP96117181A EP96117181A EP0780848A1 EP 0780848 A1 EP0780848 A1 EP 0780848A1 EP 96117181 A EP96117181 A EP 96117181A EP 96117181 A EP96117181 A EP 96117181A EP 0780848 A1 EP0780848 A1 EP 0780848A1
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pressure
external gas
gas pressure
cable according
jacket
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EP96117181A
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Werner Prof. Dr. Rasquin
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Felten and Guilleaume AG
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Felten and Guilleaume Energietechnik AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/06—Gas-pressure cables; Oil-pressure cables; Cables for use in conduits under fluid pressure
    • H01B9/0622—Cables for use in conduits under gas-pressure

Definitions

  • the invention relates to an external gas pressure cable according to the preamble of the main claim.
  • Such an external gas pressure cable has three mostly oval conductors, each of which is surrounded by a layered dielectric - preferably paper. This dielectric is impregnated with a viscous impregnating agent. Each wire is surrounded by a metal sheath (usually a smooth lead pipe). These wires are located in a closed pressure tube, in which a pressure is constantly maintained via a dry gas, which presses the smooth lead sheaths onto the electrical insulation and thus helps to keep the dielectric free of voids.
  • External gas pressure cables have a number of advantages, but they have the disadvantage that their energy transmission capacity is severely limited. This is due to the additional losses occurring in the pressure pipe (steel) and the fact that very high field strengths cannot be controlled with the electrical insulation. External gas pressure cables have so far been used primarily in the 110 kV voltage level. With these, the highest transmission power remains below 150 MVA. If there was a desire to transmit more than 150 MVA with them, forced cooling would have to be introduced or the voltage increased. As already mentioned, the dielectric is not of such high quality that a considerable increase in the voltage is possible.
  • the invention is therefore based on the object of strengthening the insulation of the cable cores so that higher voltages can be permitted.
  • the invention essentially consists in that thin insulating oil is used as the impregnating agent for the dielectric and that each wire is individually surrounded by a metallic corrugated sheath (preferably made of stainless steel) which hermetically seals the wires from the environment.
  • the corrugated jacket acts like an elastic membrane and transfers the external pressure to the inside, so that insulating oil and dielectric are subjected to hydrostatic external pressure. Because of the thin liquid of the insulating oil, this cable also works with particularly thick insulating layer thicknesses, whereas with viscous insulating oils, with increasing thickness of the paper insulation, the safe operation of the cable is no longer guaranteed.
  • the proposed cable can be used for voltages of 400 kV or more.
  • the dielectric can be built up with conventional papers, but sandwich papers can also be used.
  • the proposed design takes all thermal changes without changing the insulation property and this with electrical field strengths, such as are present at voltage levels of 400 kV or more.
  • the proposed external gas pressure cable does not pose any environmental hazard, since even if a pressure jacket (preferably made of stainless steel) a wire should leak, the emerging insulating oil is caught by the outer pipe. In addition, insulating oil would not be replenished from storage tanks in such a case, since there are none. Since oil tanks are not required on the route, they cannot cause oil pollution there.
  • the inductive jacket losses in the stainless steel pipes will be smaller than in the conventional lead jackets, since the wall thickness can be chosen less than with lead jackets.
  • each wire is placed in a corrugated tube which sits entirely or almost entirely on the wire surface and the wall thickness is such that A sufficient proportion of the gas pressure later applied outside the corrugated pipe is passed on to the insulating oil.
  • the vein is then dried and soaked under the Weilmantel. Then the ends of the corrugated tube must be closed so that they are gas-tight and it is ensured that the corrugated tube is completely filled hydrostatically.
  • the wires sealed in this way are pulled into pressure-resistant steel pipes on site.
  • the space between the three corrugated pipes and the outer steel pipe is filled with a dry gas (primarily nitrogen; SF6 is also suitable).
  • the gas is then pressurized to about 1.5 MPa. If the diameter and wall thickness of the corrugated pipes are appropriately dimensioned, this pressure is sufficient to build up a pressure of 0.5 to 1.0 MPa in the insulating oil of the cable cores. No oil make-up is therefore required to maintain this operating pressure.
  • the gas pressure is applied by gas feed at the cable ends.
  • the wires can be stranded, whereby cooling tubes of a bundle cooling can also be pulled in if necessary.
  • the pulling process into the outer tube does not change compared to conventional gas pressure cables.
  • the bandage which in this case holds the stranded wires together, protects the cable during the pulling-in process.
  • the wires can no longer be stranded, they must be pulled in parallel. However, they must not rest on the metal pipe, since otherwise uneven influences of cable wires would take place through the steel pipe. So that a holding device must be introduced, which makes it possible to keep the three wires at the same distance from the wall of the outer tube.
  • This holding device can be provided with rollers so that it can also serve as a pulling aid. When using the rollers, the corrugated pipes do not have to be particularly protected against injuries when pulling in. This type of tensile reinforcement does not have to be removed after pulling in.
  • tension elements pull anchors
  • the cable sections are connected via sleeves.
  • the sleeves do not require a metal corrugated jacket, a smooth, rigid metal jacket is sufficient since the sleeve is kept under oil pressure from the cable area.
  • the sleeves are suitably connected to the cable.
  • the outer steel pipe is closed at these assembly points after the socket assembly.
  • Terminations of known construction are used at the cable ends.
  • the invention is illustrated in a figure which is drawn as a cross section through the gas external pressure cable.
  • the conductors 1 of the cable are designed as Milliken conductors with smoothed conductors.
  • the insulation 2 consists of papers impregnated with low-viscosity insulating oil. The usual electrical shielding is located above the insulation 2.
  • Each wire 5 is drawn into a stainless steel corrugated tube 4.
  • the three cores 5 are integrated in a reinforcement 7 and form a core composite 8.
  • bundle cooling tubes 6 can be drawn into the outer core gusset.
  • the core assembly 8 lies in an outer steel tube 14 which is provided with corrosion protection 16 on the inside.
  • the interior 9 of the tube 14 is filled with compressed gas.
  • rollers or balls should be made of non-magnetic material.
  • the pulling aid is shown schematically in the figure.
  • the rollers or balls can be fastened in a bearing shell 11 on the core connection.
  • An alternative would be to arrange spacer balls or rollers 10 at an angle of approximately 120 ° on a ring. The ring is then the carrier for the cage-like bearing shells, similar to a ball bearing.
  • spacer rollers are inserted into the steel pipe together with the cable at regular intervals.

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  • Gas Or Oil Filled Cable Accessories (AREA)
  • Cable Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasaußendruckkabel für hohe Leistung mit mindestens einer Ader, deren Leiter 1 von einem geschichteten Dielektrikum 2 umgeben ist, welches mit Kabelöl getränkt ist, wobei die Ader mit einem metallenen Druckmantel 4 umgeben ist und die Adern insgesamt in einem druckfesten Rohr 14 untergebracht sind, in dem ständig ein relativ hoher Druck durch Gas aufrecht erhalten wird. Dieser Kabeltyp ist seit langem bekannt und bewährt. Mit der Anmeldung wird vorgeschlagen, die Isolierung der Kabeladern so zu ertüchtigen, daß höhere Spannungen zugelassen werden können. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß als Tränkmittel für das Dielektrikum 2 dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß jede Ader 5 einzeln von einem metallenen Wellmantel 4 (vorzugsweise aus Edelstahl) umgeben ist, der die Adern als elastische Membran hermetisch gegenüber der Umgebung abschließt. Dieses Gasaußendruckkabel kann für Spannungen von 400 kV oder mehr eingesetzt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gasaußendruckkabel nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Kabel nach dem Oberbegriff sind seit langem bekannt und bewährt. Ihr prinzipieller Aufbau ist beispielsweise in der Druckschrift 'Gasaußendruckkabel' der Felten & Guilleaume Kabelwerke AG Köln (1968) beschrieben.
  • Ein solches Gasaußendruckkabel hat drei meist ovale Leiter, die jeweils von einem geschichtetem Dielektrikum - vorzugsweise Papier - umgeben sind. Dieses Dielektrikum ist mit einem zähflüssigen Tränkmittel imprägniert. Jede Ader wird von einem Metallmantel (üblicherweise ein glattes Bleirohr) umgeben. Diese Adern befindet sich in einem geschlossenen Druckrohr, in dein über ein trockenes Gas ständig ein Druck aufrecht erhalten wird, der die glatten Bleimäntel auf die elektrische Isolierung preßt und damit dazu beiträgt, daß das Dielektrikum hohlraumfrei bleibt.
  • Aus der DE-GM 19 96 553 ist ein papierisoliertes Starkstromkabel bekannt, das mit einer Isolierflüssigkeit getränkt und mit einem gewellten Metallrohr umgeben ist. Auf den Metallmantel wird von außen kein Gasdruck aufgebracht, so daß dieses Starkstromkabel nicht als Gasaußendruckkabel betrachtet werden kann.
  • Gasaußendruckkabel besitzen zwar eine Reihe von Vorteilen, haben aber den Nachteil, daß ihr Energieübertragungsvermögen stark eingeschränkt ist. Dies liegt an den im Druckrohr (Stahl) auftretenden Zusatzverluste und daran, daß mit der elektrischen Isolierung keine sehr hohen Feldstärken beherrscht werden können. Gasaußendruckkabel wurden bisher vornehmlich in der 110-kV-Spannungssebene eingesetzt. Bei diesen bleibt die höchste Übertragungsleistung unterhalb von 150 MVA. Sollte der Wunsch aufkommen, mit ihnen mehr als 150 MVA zu übertragen, so müßte dazu eine Zwangskühlung eingeführt oder aber die Spannung angehoben werden. Das Dielektrikum ist aber, wie schon gesagt, nicht so hochwertig, daß eine erhebliche Steigerung der Spannung möglich ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Isolierung der Kabeladern so zu ertüchtigen, daß höhere Spannungen zugelassen werden können.
  • Die Aufgabe wird von einem Gasaußendruckkabel mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
  • Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß als Tränkmittel für das Dielektrikum dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß jede Ader einzeln von einein metallenen Wellmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) umgeben ist, der die Adern hermetisch gegenüber der Umgebung abschließt. Der Wellmantel wirkt wie eine elastische Membran und überträgt den Außendruck auf das Innere, so daß Isolieröl und Dielektrikum hydrostatisch vom Außendruck beaufschlagt werden. Wegen der Dünnflüssigkeit des Isolieröls funktioniert dieses Kabel auch bei besonders dicken Isolierschichtdicken, wohingegen bei zähflüssigen Isolierölen mit zunehmender Dicke der Papierisolierung der sichere Betrieb des Kabels nicht mehr gewährleistet ist.
  • Das vorgeschlagene Kabel kann für Spannungen von 400 kV oder mehr eingesetzt werden.
  • Das Dielektrikum kann mit herkömmlichen Papieren aufgebaut werden, es können aber auch Sandwich-Papiere eingesetzt werden.
  • Das vorgeschlagene Gasaußendruckkabel hat eine Reihe von Vorteilen, wobei sogar die Vorteile des Gasaußendruckkabels erhalten bleiben:
    • Es werden nur kurzfristig Grabenöffnungen über kleine Strecken benötigt.
    • Eventueller Rohrvortrieb ist ohne Grabenöffnung denkbar.
    • Ein Kabelaustausch ist auch ohne Grabenöffnung vorstellbar.
    • Das Kabel weist durch das dickwandige Außenrohr einen sehr hohen mechanischen Schutz auf.
    • Durch das dickwandige äußere Stahlrohr werden die magnetischen Felder in der Kabelumgebung auf absolut unbedenkliche Größen herabgesetzt.
  • Die vorgeschlagene Konstruktion macht alle thermischen Wechsel mit, ohne daß sich die Isolationseigenschaft verändert und dies bei elektrischen Feldstärken, wie sie bei Spannungsebenenen von 400 kV oder mehr vorhanden sind.
  • Vom vorgeschlagenen Gasaußendruckkabel geht keine Umweltgefährdung aus, da selbst dann, wenn ein Druckmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) einer Ader leck werden sollte, das austretende Isolieröl vom Außenrohr aufgefangen wird. Zudem würde in einem solchen Fall kein Isolieröl aus Vorratstanks nachgespeist, da solche nicht vorhanden sind. Da Öltanks auf der Strecke nicht benötigt werden, können sie dort auch keine Ölverschmutzungen hervorrufen.
  • Durch den bevorzugten Einsatz von Edelstahlwellrohren werden Ermüdungsrisse gegenüber solchen bei Bleimänteln zeitlich hinausgeschoben.
  • Die induktiven Mantelverluste in den Edelstahlrohren werden kleiner als in den herkömmlichen Bleimänteln sein, da die Wandstärke geringer als bei Bleimänteln gewählt werden kann.
  • Die Wartung geschieht ausschließlich von den Kabelenden her.
  • Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels wird jede Ader in ein Wellrohr gebracht, das auf der Aderoberfläche ganz oder fast ganz aufsitzt und die Wandstärke so bemessen ist, daß der später außerhalb des Wellrohrs aufgebrachte Gasdruck zu einem ausreichenden Anteil an das Isolieröl weitergegeben wird. Danach wird die Ader unter dem Weilmantel getrocknet und getränkt. Im Anschluß daran müssen die Enden des Wellrohrs so verschlossen werden, daß sie gasdicht sind und sichergestellt ist, daß das Wellrohr hydrostatisch vollständig gefüllt ist.
  • Die so verschlossenen Adern werden vor Ort in druckfeste Stahlrohre eingezogen. Nach der Montage von Muffen und Endverschlüssen wird der Raum zwischen den drei Wellrohren und dem äußeren Stahlrohr mit einem trockenen Gas (vornehmlich Stickstoff; SF6 ist ebenfalls geeignet) gefüllt. Danach wird das Gas unter einen Druck von etwa 1,5 MPa gesetzt. Bei zweckdienlicher Dimensionierung von Durchmesser und Wandstärke der Wellrohre reicht dieser Druck aus, um in dem Isolieröl der Kabeladern einen Druck von 0,5 bis 1,0 MPa aufzubauen. Zur Aufrechterhaltung dieses Betriebsdrucks bedarf es also keiner Ölnachspeisung. Der Gasdruck wird durch Gaseinspeisung an den Kabelenden aufgebracht.
  • Bei Kabeln für kleinere Übertragungsleistungen (z.B. 110 kV) kann eine Verseilung der Adern vorgenommen werden, wobei gegebenenfalls auch Kühlrohre einer Bündelkühlung mit eingezogen werden können. Für solche Kabel ändert sich der Einziehvorgang in das Außenrohr nicht gegenüber herkömmlichen Gasaußendruckkabeln. Die Bandage, die in diesem Fall die verseilten Adern zusammenhält, schützt das Kabel beim Einziehvorgang.
  • Bei Kabel für höhere Übertragungsleistungen (z.B. 400 kV) können die Adern nicht mehr verseilt werden, sie müssen parallel eingezogen werden. Sie dürfen aber nicht auf dem Metallrohr aufliegen, da sonst ungleiche Beeinflussungen von Kabeladern durch das Stahlrohr stattfinden würden. Damit muß eine Haltevorrichtung eingeführt werden, die es ermöglicht, die drei Adern im gleichen Abstand zu der Wandung des Außenrohrs zu halten. Diese Haltevorrichtung kann mit Rollen versehen werden, so daß sie auch als Einziehhilfe dienen kann. Bei Verwendung der Rollen müssen die Wellrohre nicht besonders vor Verletzungen beim Einziehen geschützt werden. Diese Ausführung der Zugbewehrung muß nach dem Einziehen nicht entfernt werden.
  • Natürlich werden große Zugkräfte notwendig sein, um größere Längen von schweren 400-kV-Kabeln einziehen zu können. Dazu müssen an den verschlossenen Enden der Kabeladern Zugelemente (Ziehanker) angebracht werden.
  • Die Kabelabschnitte werden über Muffen verbunden. Die Muffen benötigen keinen metallenen Wellmantel, ein glatter starrer Metallmantel genügt, da die Muffe aus dem Kabelbereich heraus unter Öldruck gehalten wird. Hierzu sind die Muffen geeignet mit dem Kabel verbunden. Das äußere Stahlrohr wird an diesen Montagestellen nach der Muffenmontage verschlosssen.
  • An den Kabelenden werden Endverschlüsse bekannter Konstruktion eingesetzt.
  • Die Erfindung wird in einer Figur dargestellt, die als Querschnitt durch das Gasaußendruckkabel gezeichnet ist.
  • Die Leiter 1 des Kabels sind als Millikenleiter mit Leiterglättung ausgeführt. Die Isolierung 2 besteht aus mit dünnflüssigem Isolieröl getränkten Papieren. Über der Isolierung 2 befindet sich die übliche elektrische Abschirmung. Jede Ader 5 ist in ein Edelstahlwellrohr 4 eingezogen. Die drei Adern 5 sind in eine Armierung 7 eingebunden und bilden einen Aderverbund 8. Zusätzlich können in die äußeren Aderzwickel Bündelkühlrohre 6 eingezogen sein. Der Aderverbund 8 liegt in einem äußeren Stahlrohr 14, das innen mit Korrosionsschutz 16 versehen ist. Der Innenraum 9 des Rohrs 14 ist mit Druckgas gefüllt. Als Einziehhilfe und zur Sicherung eines gleichmäßigen Abstands zum äußeren Stahlrohr 14 liegen zwischen dem Aderverbund 8 und dem Außenrohr 14 Abstandsrollen oder Abstandskugeln 10. Die Rollen oder Kugeln sollten aus unmagnetischem Material bestehen. Die Einziehhilfe ist in der Figur schematisch dargestellt. In einer einfachen Ausführung können die Rollen oder Kugeln in einer Lagerschale 11 auf dem Aderverbund befestigt sein. Eine Alternative wäre, Abstandskugeln oder -rollen 10 etwa im Winkelabstand von 120° auf einem Ring anzuordnen. Der Ring ist dann Träger für die käfigartigen Lagerschalen, ähnlich wie bei einem Kugellager. Beim Einziehen des Kabels werden in regelmäßigen Abständen Abstandsrollen zusammen mit dem Kabel in das Stahlrohr eingeführt.
  • Die Abmessungen in der Figur können durchaus maßstäblich verstanden werden, wobei als Grundmaß der äußere Durchmesser des Stahlrohrs mit etwa 360 mm genommen werden kann. Die Dauerbelastbarkeit eines solchen Kabels (Leiterquerschnitt etwa 1600 mm2) kann 700 MVA erreichen.

Claims (10)

  1. Gasaußendruckkabel mit mindestens einer Ader, deren Leiter (1) von einem geschichteten Dielektrikum (2) umgeben ist, welches mit einem Tränkmittel imprägniert ist, wobei die Ader mit einem metallenen Druckmantel (4) umgeben ist und die Adern insgesamt in einem druckfesten Rohr (14) untergebracht sind, in dem ständig ein Druck größer als 1 MPa durch Gas aufrecht erhalten wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß der metallene Druckmantel (4) für jede Ader (5) als Wellmantel ausgebildet ist, der innerhalb des druckfesten Rohres (14) hermetisch verschlossen ist,
    daß als Tränkmittel dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß Durchmesser und Wandstärke des Druckmantels (4) so gewählt sind, daß der Druck innerhalb des Druckmantels (4) hydrostatisch vom Gasaußendruck abhängig ist.
  2. Gasaußendruckkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) aus Edelstahl ausgebildet ist.
  3. Gasaußendruckkabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum (2) Papier oder Sandwichpapier eingesetzt ist.
  4. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (5) miteinander verseilt sind.
  5. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (5) oder der Aderverbund (8) mit einer Einziehbandage (10) umgeben sind.
  6. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aderverbund (8) oder die Adern (5) mit einer Vorrichtung (10) zur Fixierung eines festen Abstands zum druckfesten Rohr (14) umgeben sind.
  7. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den Adern (5) oder dem Aderverbund (8) Bündelkühlrohre (6) im druckfesten Rohr (14) liegen.
  8. Gasaußendruckkabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelkühlrohre (6) zusammen mit den Adern (5) von einer Armierung (7) zusammengehalten werden.
  9. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Adern (5) zur Befestigung von Ziehwerkzeugen ausgebildet sind.
  10. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) für jede Ader (5) so mit den Muffen des Kabels verbunden ist, daß sich der Druckraum auch auf die Muffen erstreckt.
EP96117181A 1995-12-18 1996-10-25 Gasaussendruckkabel Expired - Lifetime EP0780848B1 (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1996553U (de) 1967-05-23 1968-11-14 Pirelli Papier isoliertes elektrische: kabel mit einem gewellten metallmantel und verfahren zu siener herstellung.
FR1600997A (de) * 1968-03-07 1970-08-03
DE2341021A1 (de) * 1973-08-14 1975-02-27 Kabel & Lackdrahtfab Gmbh Hochspannungskabel fuer hohe uebertragungsleistung
DE2658816A1 (de) * 1976-12-24 1978-07-06 Felten & Guilleaume Carlswerk Hochleistungs-uebertragungssystem aus mindestens einem hochleistungskabel mit innerer wasserkuehlung

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NO964534D0 (no) 1996-10-25
DE19644494A1 (de) 1997-06-19
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NO964534L (no) 1997-06-19

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