NO121674B - - Google Patents

Description

Innretning for reduksjon av lokal overheting i oljefylte elektriske kabler.

Foreliggende oppfinnelse angår en innretning som gjor det mulig å redusere konsentrert overhetning som finner sted i visse punkter i en kabel, slik som i kabelendemuffene og skjotene, som folge av lokal okning av den elektriske motstand i lederen eller av den termiske motstand i isolasjonen.

Ved fastleggelsen av en elektrisk kabels dimensjon er det tatt hensyn til at temperaturen i lederen i de mest opphetede soner,

nemlig hvor en okning i energitapet finner sted p.g.a. den såkalte 11 Joule-eff ekt", eller hvor der er en okning i motstanden mot varmepassasjen fra lederen til utsiden av kabelen, ikke overskrider den hoyest tillatte verdi (generelt lik 85° - 90°C for oljefylte kabler).

Det er derfor" klart at reduksjonen eller den totale eliminering av lokal overhething er av vesentlig fordel, idet dette muliggjor en okning av kabelens stromforende. kapasitet uten at det i noe punkt i lederen skjer en overskridelse av de forutbestemte temperatur-verdier, slik at det kan skje en bedre utnyttelse av kabelen.

I tilfellet med en-kjernede, oljefylte kabler, hvori det alltid er en kanal fylt med olje inne i lederen, har det vært foreslått å sirkulere oljen som forefinnes i kanalen, for å utligne temperaturen i lederen over hele kabelens lengde.

01jesirkulasjonen er meget langsom og finner sted ved hastigheter av samme størrelsesorden som den som oppnås i vanlige oljefylte kabler red naturlig olje-sirkulasjon under termisk utligning.

Oljesirkulasjonen utfores ved lav hastighet for å sikre en regelmessig stromningstilstand, kjennetegnet ved lave Reynolds-tall.

Det er i virkeligheten viktig at oljestromningen ikke finner sted under, turbulent tilstand, da dette ville frembringe betraktelige falltap langs kabelen, som ville bli så meget storre enn det som generelt er tillatelig, at det ville kreves fullstendig forskjellige hydrauliske egenskaper av kabelen, med derav folgende.okning i kabelomkostningene.

Denne regelmessige stromningstilstand av oljen har imidlertid den ulempe at den innebærer hoye motstandsverdier for varmepassasjen fra lederen til oljen, slik at kjolevirkningen kan bli betraktelig redusert. Der er i virkeligheten kjent at varmeledningskoeffisienten a, hvorav den totale varmeoverfSringskoeffisient mellom lederen og oljen er avhengig, er nær beslektet med Reynolds-tallet spesielt for stromningen av angjeldende fluidam, og er mindre jo mindre dette tall er. Derfor blir den regulære strdmningstilstand, kjennetegnet ved lave Reynolds-tall, utilfredsstillende til å muliggjore en hurtig fjerning av varmen frembrakt i lederen.

Foreliggende oppfinnelse har'til hensikt å eliminere lokal overhetning i olijefylte elektriske kabler ved å dra fordelen av de gunstige egenskaper, med hensyn til varmeoverfbring, av en olje-stromning utf5rt ved hoy hastighet og som har tilsvarende hoye

Reynolds-tall.

Gjenstanden i henhold til foreliggende oppfinnelse er en innretning for å redusere lokal overhetning i en-kjernede, oljefylte elektriske kabler ved variasjon av egenskapene til oljebevegelsen i kanalen inne i lederen i de soner som er utsatt for overhetning, slik at varmeoverforingskoeffisienten mellom lederen og oljen okes i disse soner, og som kjennétegnes ved at det i oljekanalen er anor-net en innsats som reduserer gjennomstrømningstverrsnittet for oljen og derved lokalt oker oljestrommens hastighet.

Innsatsen kan ganske enkelt omfatte innretninger som reduserer kanaltverrsnittet for oljepassasjen, men hvis det imidlertid onskes en mer effektiv kjoling, kan den med fordel omfatte både innretninger for å redusere kanaltverrsnittet og innretninger for å forlenge oljens bevegelsesbane gjennom sonene utsatt for overhetning i forhold til disse soners lengåeutstrekning.

I det fbrste tilfelle er i en utforelsesform som er hensiktsmessig for dette formål, innsatsen dannet av en liten aksel som har en diameter som er mindre enn lederkanalens, hvilken aksel er koaksialt innfort i nevnte kanal i de soner^ som er utsatt for overhetning.

I det andre tilfelle er i en utforelsesform som er spesielt hensiktsmessig, innsatsen dannet av en liten, aksel som har en diameter som er mindre enn lederkanalens, hvilken aksel er koaksialt innfort i nevnte kanal i de soner som er utsatt for overhetning, og av en 3"1. sylindrisk snekke anbrakt om minst en del av nevnte aksel, og som har en ytre diameter lik med kanalens_diameter, for å avgrense en skruelinjeformet kanal mellom akselen og. kanalens innvendige flate.

Gjengestigningen i snekken og diameteren på den lille aksel, som

for en gitt kanal bestemmer tverrsnittet av den skruelinje-

formede kanal, er fastlagt i overenstemmelse med,det Reynolds-tall som er onsket. oppnådd i nevnte kanal.

Oppfinnelsen vil klarere kunne forstås ut fra den folgende beskriv-else sett i sammenheng med de medfolgende tegninger, hvori er vist et ikke begrensende eksempel på en spesiell utforelsesform for

selve oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et lengdesnitt av en halvdel av en gjennomgående skjot av symmetrisk type for en-kjernede, oljefylte elektriske kabler, hvori overhetningen reduseres ved hjelp av innretningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser en detalj av innretningen i henhold til oppfinnelsen, brukt for skjoten i fig. 1.

I fig. 1 angir henvisningstallet 1 en oljefylt kabel og 2 er en gjennomgående skjot.

Kabelen og skjoten er begge dekket med en metallmantel 3 som for enkelhets skyld er vist som et kontinuerlig el «ment.

Henvisningstallet h angir isolasjonen som dekker kabellederen 5

(på kontinuerlig måte som vist i £ig. 1). Lederen 5 er gjennom en-klemme 6 koblet til lederen i den tilskjotede kabellengde (ikke vist på figuren).

Lederen 5 er innvendig forskynt med en kanal 7 med sirkulært tverrsnitt, hvorigjennom impregneringsoljen for kabelen strbmmer.

Inne i nevnte kanal er der en innretning (detaljert vist i fig. 2), for reduksjon av overhetningen i skjotesonen.

Innretningen er dannet av en liten akæ£.8;Som har en diameter som

er mindre enn kanalens diameter, og på hvilken er plassert en sylindrisk snekke 9 med konstant gjengestigning og en ytre diameter lik diameteren på kanalen 7.

Tykkelsen av gjengen, i det minste ved dens ytre porfil,. er meget liten, for derved å berore bare en liten del av kanalens innvendige flate. Kveilen i snekken avgrenser en kanal 10 som har en skruelinjeformet bane rundt akselen 8 og er i kontakt med hele flaten i kanalen som inneholder snekken 9«

Oljen som sirkulerer i kanalen .7 med konstant st»8mningshastignet, tvinges derfor i de soner som er utsatt for overhetning, til å vandre langs en skruelinjeformet bane og med én gjénnomsnitlig hastighet som er meget hbyere enn den den har ved ytterpunktene i kanalen, idet tverrsnittet av kanalen 10 er mindre enn tverrsnittet i kabelkanalen. Reduksjonen av tverrsnittet resulterer i en reduksjon av dens fuktede omkrets c og folgelig, idet stromningshastigheten forblir uforandret, i en okning av Reynolds-tallet hva angår oljestror ien.

Denne okning frembringer en okning i varmeledningskoeffisienten a

og dermed av den totale varmeoverforingskoeffisæent, og gir derfor en storSe mulighet for fjerning av varme under en lik termisk variasjon, eller en reduksjon av den termiske variasjon ved en lik fjernet varmemengde, idet overflaten på hvilket varmevekslingeri mellom leder og olje finner sted, forblir.praktisk' uforandret. I virkeligheten kan varmemengden C uttrykkes ved folgende ligning:

hvor A Ter overgangstemperaturen av lederen i forhold til oljen, K er den totale varmeoverforingskoeffisient og S er flaten på hvilken varmevekselingen finner sted.

Da flaten og varmemengden frembrakt i lederen er den samme, vil overtemperaturen i sistnevnte være lavere.

Idet man erindrer at Reynolds-tallet for en gitt kanal kan uttrykkes ved folgende formel: hvor Q er den volumetriske strbmningshastignet i kanalen, c er om-kretsen av det fuktede tverrsnitt av kanalen og V er oljens kinematiske viskositet, og at Q og V forblir konstant i kanalen 7 og i kanalen 10, vil forholdet mellom Reynolds-tallene for kanalen 7 og kanalen 10 være omvendt proporsjonale med den fuktede omkrets av deres respektive tverrsnitt. Idet tallene 1 og 2 refererer seg til henhv. kanalene 7 og 10, oppnås folgende ligning:

Hvis f.eks. kanalen 7 i lederen har en diameter på 1,2cm og Re er omkring 1000 (vanligste tilfelle), må man for å oppnå for Re2en verdi hbyere enn 2500, få folgende ligning: hvor Cp er uttrykt ved formelen:

hvor p er snekkens gjengestigning, R^er radien i kanalen 7 og R^

er radien til den lille aksel 8.

I det diskuterte tilfelle er det ved oppfinnelsen oppnådd eliminering av lokal overhetning i den illustrerte skjot ved å .anordne en innretning i hvilken radien til den lille aksel er OA cm og gjengestigningen i snekken 0.5 cm. Derfor kan oljestromningstil-. standen og folgelig dens spesielle Reynolds-tall varieres som man vil, ved å variere gjengestigningen i snekken og diameteren i den lille aksel.

Lengden av snekken beregnes på en slik måte at sonen hvori strommen er turbulent, forlenges passende med henblikk på en effektiv reduksjon av overhetningen.

Ved utstrømningen fra skjoten, etter en kofit overforingsvandring

går oljen igjen over til en stromningstilstand i overenstemmelse med egenskapene til kanalen 7, og spesielt en regelmessig stromningstilstand.

Som ovenfor nevnt, er fordelen tilveiebrakt ved innretningen i henhold til oppfinnelsen, en betraktelig okning i effektiviteten av varmevekslingen mellom lederen og oljen. På den annen side blir lengden av den del hvori oljen er i turbulent stromningstilstand,

så redusert at den tilsvarende okning i falltapene er små sammen-lignet med en verdi referert til et hydraulisk kabeltverrsnitt som generelt har en lengde på noen kilometer.

Andre utforelsesformer som omfattes av deri foreliggende oppfinnelses-tanke, er f.eks. slike innretninger hvori gjengestigningen i snekken varierer langs den lille aksel. Likeledes omfatter oppfinnelsen utstyr for oljefylte kabler hvor lokal overhetning elimineres ved bruken av innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse, som f.eks. kabelendemuffer og gjennomgående stopp- og mateskjoter.

Ennvidere, med hensyn til gjennomgående skjoter, i henhold til en spesielt fordelaktig utforelsesform for oppfinnelsen, er i innretningen for reduksjon av lokal overhetning den lille aksel om hvilken den sylindriske snekke er anordnet, delt i to seksjoner, hver forbundet med en av de to skjotede kabellengder som er skjotet sammen i skjotelinjen.

Claims (5)

1. Innretning for å redusere lokal overhetning i en-kjernede, oljefylte elektriske kabler ved variasjon av egenskapene til oljebevegelsen i kanalen inne i lederen i de soner som er utsatt for overhetning, for å oke varmeoverforingskoeffisienten mellom lederen og oljen i disse soner,karakterisert vedat det i oljekanalen (7) er anordnet en innsats (8) som reduserer gjennom-stromningstverrsnittet for oljen og derved lokalt oker oljestrommens hastighet.

2. Innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedat innsatsen omfatter anordninger for å forlenge oljens bevegelsesbane gjennom de soner som er utsatt for overhetning i forhold til disse soners lengdeutstrekning.

3. Innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedat innsatsen består av en liten aksel (8) som har en diameter mindre enn den for lederkanalen (7) og som er koaksialt innfort i denne kanal i de soner som er utsatt for overhetning. h.

Innretning som angitt i krav 2,karakterisert vedat innsatsen består av en liten aksel(8) plassert i lederkanalen i nevnte soner samt av en sylindrisk snekke (9) plassert rundt minst en del av den lille aksel og strekkende seg radialt derfra så langt at den opptafi hele kanaltverrsnittet, for dermed å avgrense en skruelinjeformet kanal (10) mellom den lille aksel og lederkanalens , innvendige flate, idet snekkens gjengestigning og diameteren i den lile aksel er fastlagt i overensstemmelse med det Reynolds-tall som er onsket oppnådd for olj estrommen inne i den skruelinjeformede kanal.

5. Innretning som angitt i krav 3 eller<>>+, for bruk i forbindelse med kabelskjoter og kabelendemuffer,karakterisert, ved at den lille aksel (8) rundt hvil.-; ken den sylindriske snekke (9) er plassert, er delt i to seksjoner, hver forbundet med en av de to kabellengder som skal skjotes sammen.