DE2125661A1

DE2125661A1 - Kompensationsdruckbehälter für ölgefüllte Starkstromkabel

Info

Publication number: DE2125661A1
Application number: DE19712125661
Authority: DE
Inventors: Antonio Monza(Italien). R Ferrentino
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1970-05-23
Filing date: 1971-05-24
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB1284060A; US3695297A; FR2090248A1; FR2090248B1

Description

PATENTANWÄLTE 2 1 2 5 6 6

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KOHlER DIPL-ING. C GERNHARDT

MDNCHEN HAMBURG

2000HAM3URG50, 2 it 5, Tf TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

Wo 24 702/71 8/Ja

Industrie Pirelli S.
Mailand (Italien)

Kompensationsdruckbehälter für ölgefüllte Starkstromkabel.

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, der zur Kompensation des Volumens von flüssigem Öl dient und der insbesondere allein oder parallel mit anderen Druokbehältern der gleichen Art'für die Anbringung an Starkstromkabeln geeignet ist, die sehr hohen Drücken unterworfen sindo

Druckbehälter für die Kompensation der Änderungen des Ölvolumens zufolge von Änderungen der Temperatur des flüssigen Öls in Starkstromkabeln sind bisher mit Gruppen von parallel angeordneten, elastischen linsenförmigen Zellen hergestellt worden, die miteinander in Verbindung stehen, mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Gas gefüllt oder vorbelastet sind und in ein mit dem Kabelöl gefülltes Gefäß eingetaucht und daher an ihrer Oberfläche gegenüber den Änderungen des Öldrucks empfindlich sind. Zuweilen werden die Zellen m^it Öl gefüllt und in Gas oder Öl ge-

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ORlGfNAL WSPECTED

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eingetaucht, auf das ein geeigneter Druck ausgeübt wird.

Diese Zellen, die dein doppelten Zweck dienen, einerseits elastische Trennorgane zwischen Medien gleicher oder verschiedener .Art und andererseits Elemente zur Übertragung des von dem sie aufnehmenden oder in ihnen befindlichen Medium ausgeübten Druck zu bilden, sind in ihrer ■_ Anwendung insofern, beschränkt, als sie gute Ergebnisse nur liefern, solange der Druck 7/erte von etwa 4 atm nicht übersteigt,,. Mit der Verbesserung der Kabeltechniken und der Produktionsverfahren besteht das Bestreben, Kabel, welche die .gleichen elektrischen Eigenschaften und daher die gleichen Querah-

™ messungen in allen ihren Teilen besitzen, langer und langer zu machen, insbesondere für die Verlegung unter Wasser» Es folgt somit daraus, daß, um das Vorhandensein von Isolieröl an jedem Punkt des Kabels zu gewährleisten, immer höhere Drücke angewendet werden müssen, die zuweilen 15 atm erreichen oder übersteigen.

Unter diesen Bedingungen wird die Verwendung von Druckbehältern mit linsenförmigen Zellen tatsächlich kritisch, da Jenseits einer bestimmten Druckgrenze in den Zellenwänden, die Ermüdungsbeanspruchungen unterworfen werden, lokalisierte Verformungen auftreten, welche die von dem sie bildenden Material zugelassene Elastizitätsgrenze übersteigen,

| und entsprechend diesen Verformungen radiale Bippen gebildet werden, die zu einem Bruch führen können. Es ist bekannt, daß ein Bruch in einer Zelle nicht nur die Lebensdauer des Druckbehälters gefährdet, sondern auch in den meisten Fällen zu einer Verunreinigung des Kabelisolieröls und zu einer ernsthaften Beeinträchtigung seiner dielektrischen Eigenschaften führt. Überdies ergibt sich, daß die auf zwei karthesischen Koordinaten aufgezeichnete typische Kurve, welche die Änderung des Zellenvolumens (ibsz-isse) in Abhängigkeit von der Änderung des an die Zelle angelegten Drucks (Ordinate) wiedergibt, in Bezug auf die Waagerechte ziemlich stark geneigt ist, -und diese JTeigung vergrößert

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sich mit der Erhöhung des Drucks, nies bedeutet, daß den gewünschten Volumenänderungen beträchtliche Druckänderungen entsprechen, und daher ist es auf G-rund des oben genannten Verhaltens der Zellen bei hohem Druck verständlich, daß ihre Verwendung auf müßige Volumenänderungen beschränkt ist«

Zweck der Erfindung ist, die vorgenannten lachteile zu beheben und einen Druckbehälter zu schaffen, der insbesondere für hohe Drücke geeignet ist und eine typische Druck-Voluinen-Kurve ergibt, die genügend flach verläuft, um mit kleinen Druckänderungen beträchtliche Volumenverdrängungen· zu erzeugen·

Die Erfindung weist ferner den Vorteil der Schaffung eines Druckbehälters auf, der, während er die wichtige Eigenschaft besitzt, hohen Druckanforderungen zu entsprechen, in seiner G-esamtausführung für Drücke jeden Wertes entworfen werden kann, wobei das elastische Trennorgan die alleinige Funktion des Trennet hat, ohne daß es Druckdifferenzen zwischen seiner Innen- und Außenfläche unterworfen wird, und zwar unabhängig von seiner mechanischen Festigkeit, wodurch sein Ermüdungswiderstand auf ein Maximum erhöht wird.

6-emäß der Erfindung ist ein Kompensationsdruckbehälter für ölgefüllte Starkstromkabel, der ein einziges Außengehäuse aufweist, das wenigstens eine erste und zweite Kammer enthält, von denen die elastische erste Kammer mit dem entgasten Öl des mit ihr in Verbindung stehenden Kabels gefüllt ist und in die zweite Kammer eingetaucht und gegenüber dieser abgeschlossen ist, wobei die zweite Kammer mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt ist und mit einer eine dritte Kammer bildenden Ausdehnungskammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß difc elastische erste Kammer eine feststehende starre Grundplatte, eine elastische balgenartige ümfangswandung und eine bewegbare starre Verschlußplatte aufweist, daß die Verbindung zwischen der elastischen ersten Kammer und dem Kabel mittels

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wenigstens eines ersten Absperrventils bewirkt ist, das an der Grundplatte in Ausrichtung und in spiegelbildlicher Beziehung zu einem zweiten Absperrventil angeordnet ist, welches in eine obere Platte der zweiten Kammer ein-■ gesetzt ist, und daß das erste Absperrventil und das zweite Absperrventil im Euhezustand sich im Abstand von der · bewegbaren Platte in einer solchen lage befinden, daß sie mit der bewegbaren Platte einen hydraulischen Schalter bilden und von dieser Platte in den Stufen der Zusammendrückung oder Ausdehnung der elastischen Kammer abwechselnd betätigbar sind β

P Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung

beispielsweise erläutert.

Fig_e 1 ist eine sche%itische Längs sehn It tan sieht eines Kompensationsdruckbehälters gemäß der Erfindung mit einer Ausdehnungskammer, die mit dem Behäl- ; ter eine einzige Einheit bildet,

Figo 2 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Kompensationsdruckbehälters gemäß der Erfindung mit einer in einem Abstand von ihm angeordneten Ausdehnungskammerο

Der in ^ig. 1 dargestellte Kompensationsdruckbehälter weist ein äußeres Gehäuse 1 auf, dessen Inneres in eine elas- ^ tische erste Kammer A, eine zweite Kammer B und eine dritte Ausdehnungskammer C unterteilt ist.

Die elastische erste Kammer A ist in die zweite Kammer B eingetaucht und weist folgende Bestandteile auf: eine feststehende starre Grundplatte 6, die gleichzeitig die Basis des Gehäuses 1 bildet, eine balgenartige Umfangswandung oder elastische Membran 2 aus rostfreiem Stahl, die an einen Flansch 4 angeschweißt ist, der mit Dichtringen versehen und mit vollkommener Abdichtung zwischen der zylindrischen Wandung 5 des Gehäuses 1 und der feststehenden Grundplatte 6 gehalten ist, und eine bewegbare starre Yerschlußplatte 3, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht und an der

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oberen Kante der Membran 2 befestigt ist·

tue elastische erste Kammer A₁ die gegenüber der zweiten Kammer B abgeschlossen ist, enthält entgastes flüssiges Isolieröl und steht mit dem nicht dargestellten Kabel über ein .Absperrventil 7 in Verbindung, das in der Lütte der feststehenden Grundplatte 6 eingesetzt ist. Bas Ventil 7 weist einen hohlen zylindrischen Körper 8 auf, dessen Inneres in einen ersten Raum 10,und einen zweiten Raum 11 unterteilt ist_o

Per erste Raum 10 in dem Körper 8 de.s Ventils 7 hat eine Endöffnung 9 für den Anschluß an das Kabel und enthält eine koaxial angeordnete erste Schraubenfeder 12, die mit ihrem einen Ende auf der die Öffnung 9 umgebenden .Fläche ruht und an ihrem anderen Ende mit einem ersten Verschlußglied 1J3 verbunden ist, das mit einem Dichtring 23 versehen ist, der eine Abdichtung schafft, wenn er mit einem Sitz 14 für das erste Verschlußglied 13 in Berührung tritt. ·

Das Verschlußglied 13 ist in dem im Körper 8 des Ventils ^v 7 vorgesehenen zweiten Raum 11 axial'verschiebbar, der eine zweite Schraubenfeder 15 enthält, die steifer als die erste !Feder 12 ist und die mit ihrem einen Ende auf dem Verschlußglied 13 ruht, während ihr anderes Ende an einem Kolben 16 anliegt, der durch einen kleinen Schaft mit einnem außerhalb des Ventils 7 angeordneten zweiten Verschlußglied 17 verbunden ist, das an seiner inneren Fläche einen Dichtring 18 aufweist. Das zweite Verschlußglied 17 ist so ausgebildet, daß es mit einem entsprechenden Sitz 20 zusammenwirkt, der an der freien Kante 19 des Ventils 7 gebildet isto

Die zweite Kammer B ist mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise öl, gefüllt und von der Ausdehnungskammer Q durch eine obere Platte 22 abgegrenzt. Ein in der Platte 22 mittig eingesetztes "zweites Absperrventil I¹ bringt die zweite Kammer B mit der Ausdehnungskaraner C in Verbindung.,,

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Das zweite Absperrventil l^l , dessen Bestandteile den-' jenigen des ersten Absperrventils 7 entsprechen, ist in' Ausrichtung mit dem ersten Ventil 7, jedoch spiegelbildlich zu diesem angeordnet _a In der Ruhestellung befinden sich die beiden Ventile 7 und 7^; in einem Abstand von der bewegbaren Platte 3 der balgenartigen IJembran 2 in einer solchen lage, daß sie mit der Platte 3 einen hydraulischen Schalter bilden und von dieser Platte in den Stufen der Kompression und Expansion der elastischen Kammer A abwechselnd betätigb.ar sind. Die Ausdehnungskammer C ist teilweise mit Öl gefüllt, und sie hat ein größeres VoIumen als das in sie fließende Öl für ein maximales Wandern von Öl aus dem Kabel in die elastische Kammer A. Der verbleibende Saum der Ausdehnungskammer C ist mit einem unter Druck stehenden Gas, wie luft, Stickstoff od. dgl„, gefüllt. Das in der Kammer C befindliche Öl hat ein solches Volumen, daß sein Vorhandensein stets gewährleistet ist, gleichgültig, wie groß die. Verdrängung von Öl.aus der Kammer A in das Kabel ist„

Bei der in S¹Ig₀ 2 wiedergegebene Ausführungsform stellt die Ausdehnungskammer C einen von dem die beiden anderen Kammers A und B enthaltenden Gehäuse 1 getrennten Teil dar, und sie steht mit der Kammer B über eine zweckentsprechende Rohrleitung 27 in Verbindung, die an das zweite Absperrventil 7' angeschlossen ist· Das die Ausdehnungskammer C enthaltende Gehäuse kann daher in jedem beliebigen Abstand von dem die Kammern A und B enthaltenden Gehäuse angeordnet werden»

Das unter Druck stehende Gas wird aus einem von dem Gehäuse 1 abgestützten Gefäß D (nur in Pig. 1 dargestellt) zugeführt, jedoch ist es auch möglich, das Gefäß D an der Längsseite oder an der Oberseite der Ausdehnungskammer C anzubringen oder es*, wie in Fig. 2 dargestellt, mit der Ausdehnungskammer C "zusammenfallen zu lassen.

Das Gefäß D gemäß Pig. 1 (bzw. die Ausdehnungskammer C

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gemäß Pig. 2), das auch mehreren parallel angeordneten Druckbehältern gemeinsam sein könnte, ist mit einem Warndrucks ehalt er 24, der einen ungenügenden Druck anzeigt, einem Sicherheitsventils 2 5 und einem Füllhahn 26 versehen» Das Gefäß D hat Abmessungen, v/elche derart proportioniert sind, daß die Änderungen des Gasdrucks innerhalb der für den Öldruck vorgesehenen Grenzen beschränkt v/erden, und es wird vorbelastet, wenn es erwünscht ist, den Öl-, druck immer über einem bestimmten. Wert zu-halten.

Das Öl, das beim .Arbeiten des Kabels aus diesem in die Kammer A eintritt oder umgekehrt aus der Kammer A in das Kabel wandert, bewirkt eine Verlängerung bzw. Verkürzung der elastischen balgenartigen Kembran 2 und verdrängt ein gleiches Volumen öl aus der Kammer B in die Kammer C oder umgekehrt. Die Hube der elastischen balgenartigen Membran bzwo ihre Verlängerungen und Verkürzungen werden durch die Ventile 7 und 7' hydraulisch begrenzt, welche abwechselnd von der bewegbaren Platte 3 betätigt werden und welche verhindern, daß an der von der balgenartigen V/andung der Llembran 2 beträchtliche Druckdifferenzen zwischen ihrer Innen- und Außenseite auftreten, so daß -die elastische Membran 2 ausschließlich als Trennorgan zwischen dem in der Kammer A befindlichen öl (entgastes Isolieröl) und dem in der Kammer B befindlichen öl (Öl, das mit dem Gas der Kammer C in Berührung ist) wirkt.

Wenn beispielsweise zufolge einer Abkühlung des Kabels entgastes Öl aus der Kammer A in Richtung gegen das Kabel fließen sollte, würde die elastische balgenartige Membran sich zusammenziehen, bis ihre bev.egbare Platte 3 das Verschlußglied -17 des Ventils 7 berührt und dann den Kolben 16 im Ventil 7 abwärts verschiebt, \obei die Feder 15, die steifer als die Feder 12 ist, ihrerseits das Verschlußglied 13 mit seinem Dichtring 23 auf den' zugehörigen Sitz 14 drückt, wodurch das Ventil 7 geschlossen wird_o Wie ersichtlich, macht es die Feder 15-möglich, das Verschluß-

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glied 13 mit einer vorher eingestellten Kraft und nicht mit der ganzen Kraft zu schließen, welche die Platte 3 unter Druckdifferenzen, die sogar sehr gering sein können., auszuüben vermag,, Von diesem Zeitpunkt an kann kein weiteres öl die Kammer A verlassen, und in den Kammern· A und B befinden sich die Flüssigkeiten auf dein gleichen Druck, was unter dieser Bedingung die vernachlässigbaren hydrostati-, sehen Drücke und die gleichfalls vernachlässigbare geringe Druckdifferenz zwischen der elastischen Kammer A und der zweiten Kammer B ausschließt, welche durch die geringe Reaktion der balgenartigen Membran 2 verursacht wird, wenn

te diese sich nicht in ihrer Ruhestellung befindet,.

Falls der Dichtring 23 keine vollkommene .Abdichtung gewährleisten würde, würde ein fortdauernder ölfluß gegen das Kabel bestehen, der bewirken würde, daß die bewegbare Platte 3 zufolge der Zusammendrückung der Feder 15 weiter abwärts sinkt, bis das Verschlußglied 17 sich mit seinem Dichtring 18 auf den zugehörigen Sitz 20 aufsetzt. Dieser zweite Verschluß bildet eine Sicherheit gegen ein mögliches Fichtarbeiten des Verschlußgliedes 13.

Falls demgegenüber das Kabel sich erhitzen und demzufolge des Volumen des Öls sich vergrößere und Öl aus dem Kabel in die Kammer A wandern sollte, würde die Platte 3 der balgenartigen Membran 2 hochsteigen, und Öl würde aus der

W · zweiten Kammer B entgegen dem Druck des über dem öl befindlichen Gases durch das Absperrventil 7' hindurch in die Ausdehnungskammer C bewegt, bis die Platte 3 mit dem Verschlußglied 1.7'"des Absperrventils 7' in Berührung kommt, wodurch die^ss Ventil geschlossen würde. Die. Arbeitsweise des zweiten Absperrventils I¹ entspricht derjenigen des oben beschriebenen ersten Ventils 7«

Zufolge der Einwirkung der Platte 3 auf das Verschluß-• glied 17' des Ventils 7' drückt der Kolben 16' die Feder 15' nach oben, die, da sie steifer als die Feder 12' ist, die Feder 12 ' zwingt, sich zusammenzuziehen, wodurch das

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Yerschlußglied 13* mit seinem Dichtring 23 ' mit dem Sitz 14' in Berührung gebracht und so ein erster Verschluß des .Absperrventils 7' bewirkt wird. Wenn jedoch zufolge einer schlechten Abdichtung des Dichtringes 23' Öl weiter in Richtung gegen die Ausdehnungskammer C fließt, bringt eine leichte Y»^reiterbewegung der bewegbaren Platte 3 den Dichtring 18 des Verschlußgliedes 17' mit dem an der Kante 19' gebildeten Sitz in Berührung.»

Die Absperrventile 7 und 7 ' , welche mit der bewegbaren Platte 3 die Punktion von hydraulischen Sehaltern haben, verhindern, daß die elastische balgenartige Umfangsv/andung der Membran 2 Druckdifferenzen an der Innen- und Außenseite unterworfen wird, wodurch ihr Ermüdungswiderstand auf ein Maximum erhöht wird»

Die baulichen Einzelheiten des Kompensationsdruckbehälters gemäß der Erfindung können natürlich entsprechend den jeweiligen Erfordernissen geändert werden. Beispielsweise kann zwischen den Ventilen und dem Kabel bzw. zwischen den Ventilen und der Ausdehnungskammer C mehr als eine Verbindung vorgesehen sein, oder es kann jedes Absperrventil mehr als zwei in Reihe miteinander liegende Räume aufweisen, jedoch fallen alle diese Abwandlungen in den Rahmen der Erfindung«

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Claims

«Ο

Patentansprüche

ompensationsdruckbehälter für ölgefüllte Kabel» mitseinem einzigen Außengehäuse, das wenigstens eine erste und eine zweite Kammer enthält, von denen die elastische erste Kammer mit dem entgasten Öl des mit ihr in Verbindung stehenden Kabels gefüllt ist und in die Kammer eingetaucht und gegenüber dieser abgeschlossen ist, wobei die zweite Kammer mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt ist und mit einer eine dritte Kammer bildenden Aus- * dehnungskammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische erste Kammer (A) eine feststehende starre Grundplatte (6), eine elastische balgenartige Umfangswandung (2) und eine bewegbare starre Verschlußplatte (3) aufweist, daß die Verbindung zwischen der elastischen ersten Kammer (A) und dem Kabel mittels wenigstens eines ersten Absperrventils (7) bewirkt ist, das an der Grundplatte (6) in Ausrichtung und in spiegelbildlicher Beziehung zu einem zweiten Absperrventil (7') angeordnet ist, welches in eine obere Platte (22) der zweiten Kammer (B) eingesetzt ist, und daß das erste Absperrventil (7) und das zweite Absperrventil (70 im Ruhezustand sich im Abstand von der bewegbaren Platte (3) in einer solchen Lege befinden, daß sie mit der Plat- W te (3) einen hydraulischen Schalter bilden und von dieser Platte in den Stufen, der Zusammendrückung oder Ausdehnung der elastischen Kammer (A) abwechselnd betätigbar sind_e
2. Kompensationsdruckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Absperrventile 7, 7*) einen hohlen zylindrischen Körper (8) besitzt, der mit einer Sndöffnung (9) versehen ist und einen ersten Hohlraum (10) aufweist, der eine koaxiale erste Schraubenfeder (12) enthält, die an ihrem einen Ende auf der die öffnung (9) umgebenden Fläche ruht und an ihrem anderen Snde an einem ersten Verschlußglied (13) anliegt, das mit einem Diehtring (23) versehen und ίη/einem in dem Ventilkörper (8) vorgesehenen

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zweiten Hohlraum (11) axial bewegbar ist, der mit dem ersten Hohlraum (10) des Ventilkörpers (8) in'Heihe liegt, von diesem durch einen Sitz (14) für das eiste Verschlußglied (13) getrennt ist und eine zweite Schraubenfeder (15) enthält, die steifer als die erste Schraubenfeder (12) ist und mit ihrem einen 3nde an dem Verschlußglied (13) anliegt und sich mit ihrem anderen Ende an einem Kolben (16) abstützt, der durch einen kleinen Schaft mit einem an der Außenseite des Ventilkörp.ers (8) befindlichen zweiten Verschlußglied (17) verbunden ist, das auf seiner Innenfläche einen Dichtring (18) trägt und mit einem von der freien Kante (19) des Ventilkörpers (8) gebildeten Sitz (3.0) zusammenarbeitet.
3· Kompensationsdruckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer (C), die teilweise mit der gleichen flüssigkeit wie die zweite Kammer

(B) gefüllt ist und die einem unter Drück stehenden Gas unterworfen ist, ein größeres Volumen als die !flüssigkeit hat, die sie unter Bedingungen maximaler Y/anderung des Kabelöls in die elastische Kammer (A) aufnehmen kann.
4. Kompensationsdruckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskammer

(C) in einer Entfernung von dem die erste Kammer (A) und die zweite Kammer (B) enthaltenden Gehäuse (1) angeordnet und mit diesem Gehäuse durch eine an das zweite Absperrventil (?') angeschlossene Leitung (27) verbunden ist.
5· Kompensationsdruckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die balgenartige Umfangswandung (2) der elastischen Kammer (A) aus 'rostfreiem Stahl besteht. .
6. Kompensationsdruckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Abschlußplatte (3) der elastischen Kanner (A) aus rostfreiem Stahl besteht-»

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