EP0780848B1 - Gasaussendruckkabel - Google Patents

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EP0780848B1
EP0780848B1 EP96117181A EP96117181A EP0780848B1 EP 0780848 B1 EP0780848 B1 EP 0780848B1 EP 96117181 A EP96117181 A EP 96117181A EP 96117181 A EP96117181 A EP 96117181A EP 0780848 B1 EP0780848 B1 EP 0780848B1
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EP
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pressure
external gas
cores
cable according
sheath
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EP96117181A
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Werner Prof. Dr. Rasquin
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Felten and Guilleaume AG
Original Assignee
Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
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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.
  • Cables according to the generic term have long been known and proven. Their basic structure is, for example, in the publication 'Gas outside pressure cable' from Felten & Guilleaume Kunststofftechnike AG Cologne (1968).
  • Such an external gas pressure cable has three mostly oval conductors each of a layered dielectric - preferably paper - are surrounded. This dielectric is with a viscous Impregnation impregnated. Each wire is covered by a metal jacket (usually a smooth lead pipe). These veins is in a closed pressure pipe, in which over a dry gas is constantly maintained at a pressure that the presses smooth lead coats onto the electrical insulation and thus contributing to the fact that the dielectric remains void-free.
  • DE-GM 19 96 553 is a paper-insulated power cable known that soaked with an insulating liquid and with a corrugated metal tube is surrounded. On the metal jacket is from no gas pressure applied on the outside, so this power cable cannot be regarded as an external gas pressure cable.
  • External gas pressure cables have a number of advantages but the disadvantage that their energy transfer ability is strong is restricted. This is due to those occurring in the pressure pipe (steel) Additional losses and the fact that with the electrical Insulation no very high field strengths can be mastered. External gas pressure cables were previously mainly in the 110 kV voltage level used. The highest transmission power remains with these below 150 MVA. If the wish arises, to transmit more than 150 MVA with them, it would have to forced cooling is introduced or the voltage is increased become. As already mentioned, the dielectric is not so high quality that a significant increase in tension possible is.
  • the invention is therefore based on the task of insulation to strengthen the cable cores so that higher voltages are permitted can be.
  • the task is carried out by an external gas pressure cable with the features of the main claim solved.
  • the invention consists essentially in that as a soaking agent low-viscosity insulating oil is used for the dielectric and that each wire is individually covered by a metallic corrugated jacket (preferably made of stainless steel) is hermetically sealed against the environment.
  • the corrugated coat acts like one elastic membrane and transfers the external pressure to the inside, so that insulating oil and dielectric hydrostatically from external pressure be charged. Because of the thin liquid of the insulating oil does this cable work even with particularly thick insulation layers, whereas with viscous insulating oils with increasing Thickness of paper insulation the safe operation of the Cable is no longer guaranteed.
  • the proposed cable can handle voltages of 400 kV or be used more.
  • the dielectric can be built up with conventional papers, however, sandwich papers can also be used.
  • the proposed design makes all thermal changes with, without changing the insulation property and this at electric field strengths, as at voltage levels of 400 kV or more are present.
  • the inductive jacket losses in the stainless steel pipes are be smaller than in conventional lead coats because the Wall thickness can be chosen less than with lead coats.
  • the wire is then dried and soaked under the corrugated jacket.
  • the ends of the corrugated pipe must then be closed in this way that they are gas-tight and that it is ensured that the corrugated tube is completely filled hydrostatically.
  • the wires sealed in this way are placed in pressure-resistant steel pipes on site moved in.
  • a dry gas mainly nitrogen; SF6 is also suitable.
  • the gas is under one Pressure set at about 1.5 MPa. With appropriate dimensioning this ranges from the diameter and wall thickness of the corrugated pipes Pressure in order to create a pressure of Build up 0.5 to 1.0 MPa. To maintain this operating pressure So no oil make-up is required.
  • the gas pressure is applied by gas feed at the cable ends.
  • the cores can be stranded, whereby if necessary also cooling tubes of a bundle cooling system pulled in can be.
  • the pull-in process changes for such cables not in the outer pipe compared to conventional gas pressure cables.
  • the bandage in this case the stranded veins holds together, protects the cable during the pulling process.
  • the cable sections are connected via sleeves.
  • the sleeves do not need a metallic corrugated jacket, a smooth rigid Metal sheath is sufficient because the sleeve comes out of the cable area is kept under oil pressure.
  • the sleeves are suitable for this connected to the cable.
  • the outer steel pipe is at these assembly points locked after fitting the sleeve.
  • the invention is illustrated in a figure, which is a cross section is drawn by the external gas pressure cable.
  • the conductors 1 of the cable are Milliken conductors with smoothed conductors executed.
  • the insulation 2 consists of thin Insulated paper. Located above the insulation 2 the usual electrical shielding.
  • Each wire 5 is in one Stainless steel corrugated pipe 4 retracted.
  • the three wires 5 are in one Reinforcement 7 integrated and form a core connection 8.
  • the core connection 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. As a pull-in aid and to ensure an even distance from the outside Steel tube 14 lie between the core assembly 8 and the outer tube 14 spacer rollers or spacer balls 10.
  • the 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 executed in a bearing shell 11 be attached to the core.
  • An alternative would be spacer balls or rolls 10 at about an angular distance of 120 ° to arrange a ring.
  • the ring is then the carrier for the cage-like Bearing cups, similar to a ball bearing.

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

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 dem 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 einem 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 Wellmantel 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 mindestens eine Ader mit einem metallenen Druckmantel (4) umgeben ist und die Adern insgesamt als Aderverbund (8) 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 falls die Adern mehrzahlig sind 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 umgeben sind.
  6. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aderverbund (8) oder die Adern (5) mit einer Vorrichtung (10, 11) 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.
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