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Endverschluss für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter zur
Einführung in ölgefüllte Transformatoren.
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Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers
von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung
mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in öl gefüllte Transformatoren.
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Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter, die eine vielfach höhere
Ubertragungsleistung als herkömmliche Kabel gewährleisten, unterscheiden sich von
diesen durch das verhältnismässig grosse, im Leiter angeordnete Kühlwasserrohr vom
mehreren Zentimeter Durchmesser, ferner durch den wesentlich grösseren Leiter und
die dadurch vergrösserten Durchmesser von Isolierung, Mantel und Schutzschichten.
Das durch dasSühlwasserrohr im Leiter fliessende Kühlwasser wird im Kreislauf geführt
und liegt im Kabel auf dem hohen Potential des Leiters und muss an den Kabelenden
nach Erdpotential überführt werden, da die Rückkühleinrichtung auf Erdpotential
liegt. Die Uberführung erfolgt in besonders ausgebildeten Endverschlüssen.
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Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter stellen eine im Gang
befindliche Neuentwicklung in bezug auf hohe Spannungen über 100 kV dar. Die bereits
bekannten oder vorgeschlagenen Bauformen solcher Spezialendverschlüsse (z.B. DT-OS
2 257 720) bestehen im allgemeinen aus zwei Funktionsteilen. Der erste Funktionsteil,
der den Leiter hochspannungsisoliert gegen umgebende geerdete Teile aus dem Kabel
herausführen soll, beispielsweise zum Anschluss an einen Hochspannungstransformator,
besteht aus einem Hochspannungsendverschluss ähnlich herkömmlicher Bauart mit Porzellanisolator,
spannngsesteuerter Wickelkeule anfdem Aderende und Kopfarmatur des Isolators zum
inneren Anschluss des Leiters und äusseren Anschluss der weiterführenden Stromschiene,
alles jedoch abgestimmt auf die grossen Kabelabmessunoen und das durchzuführende
Kühlwasserrohr.
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Dieses Kühlwasserrohr bzw. ein angeschlossenes Verbindungsrohr führt
zum nachfolgenden zweiten Funktionsteil, in dem das Kühlwasser, das eine geringe
elektrische Leitfähigkeit besitzt, spannungs- und kurzschlussicher über den hohen
Potentialunterschied geführt wird. Dieser zweite Funktionsteil besteht im wesentlichen
aus einem Isolierrohr mit Befestigungsflanschen an den Enden, wobei das eine Ende
mit seiner Kopfarmatur an dem hohen Leiterpotential und das andere Ende an Erdpotential
liegt. Das Kühlwasser durchläuft das Potentialgefälle im Isolierrohr, dessen Länge
und Durchmesser so bemessen sind, dass einerseits keine Durchschläge oder Längsüberschläge
bei Uberspannungen erfolgen, andererseits der elektrische Widerstand der Wassersäule
nicht zu niedrig bzw.
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der Isolationsstrom zu hoch wird. Das Isolierrohr kann in einem ölgefüllten
Schutzisolator untergebracht sein.
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Diese bekannten Spezialkabelendverschlüsse sind nur zur Aufstellung
in freier Luft verwendbar und es sind dabei zur Vermeidung von Uberschlägen bei
hohen Uberspannungen grosse Schutz- und Sicherheitsabstände einzuhalten, was einen
hohen Platz- und Raumbedarf darstellt Da bei Versorgungsnetzen in Ballungsräumen
jedoch zunehmend wegen Platzmangel und Trassenmangel auf unterirdisch angelegte
Verteiler- und Umspannstationen übergegangen wird, die mit metallgekapselten Schaltanlagen
und Umspanntransformatoren mit direkter Kabeleinführung ausgerüstet werden, sind
für den Fall, dass Hochleistungskabel in der Art mit wassergekühltem Leiter zur
Anwendung gelangen, entsprechende Einführungsendverschlüsse für Umspanntransformatoren
zu entwickeln, insbesondere für hohe Spannungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kabelendverschluss
mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel
hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in ölgefüllte
Transformatoren zu schaffen.
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Die Umspanntransformatoren der allgemeinen Bauart, die beispielsweise
in unterirdischen Umspannstationen von Hochspannung auf Mittelspannung oder in Kavernenkraftwerken
von Generator-Mittelspannung
auf Hochspannung umspannen, enthalten
in einem geerdeten, metallischen und mit Isolieröl gefüllten Kessel den Transformatorkern
mit Primär- und Sekundärwicklungen entsprechend der Phasenzahl, deren Enden isoliert
in besondere ölgefüllte Anschlusskammern geführt sind, in denen sie mit den eingeführten
Kabelendverschlüssen verbunden werden. Die Anschlusskammern sind im allgemeinen
offen gegen den Kessel, so dass die Ölfüllungen beider in unmittelbarer Verbindung
stehen. Sie können auch durch eine Trennwand voneinander getrennt sein, in die eine
Hochspannungsdurchführung für die elektrische Verbindung eingesetzt ist. Für herkömmliche
Kabel sind derartige Kabelein führungen schon lange in Gebrauch.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Kabelendverschluss
mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel
hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in ölgefüllte
Transformatoren in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und dass die Anschlusskammer
des Transformators für den Kabelendverschluss zwei vorzugsweise rohr- oder konusförmige
Kammerteile aufweist, die mit Öl gefüllt werden und untereinander in Verbindung
stehen und dass in jedem Kammerteil ein Funktionsteil des Kabelendverschlusses angeordnet
wird, wobei der erste Funktionsteil aus einem vorzugsweise konischen Giessharzisolator,
spannungsgesteuerter Wickelkeule auf der Kabelader und Kopfarmatur mit elektrischen
Anschlüssen und durchgeführtem Kühlwasserrohr besteht und wobei der zweite Funktionsteil
aus einem an den Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr für den
Kühlwasserdurchfluss mit Kopfarmatur besteht, in die das aus dem ersten Funktionsteil
herausgeführte verlängerte Kühlwasserrohr zum Anschluss an das Isolierrohr eingeführt
ist.
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Das Isolierrohr kann zum Schutz und zur Erhöhung der mechanischen
Festigkeit innerhalb der Kammer in einem ölgefüllten Schutzisolator angeordnet werden.
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Das Kühlwasser tritt nach Durchlaufen des Isolierrohres aus dem Kammergehäuse
aus und gelangt in einem Weiterleitungsrohr zur
RUckkühleinrichtung
und von dort wieder in das Kabel.
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Die beiden Funktionsteile des Kabeleinführungsendverschlusses und
die ihnen zugehörigen Kammergehäuseteile können gemäss der Erfindung mit ihren Achsen
parallel nebeneinander oder senkrecht zueinander angeordnet werden oder sie können
auf gleicher Achse hintereinanderliegen, was besonders vorteilhaft ist, da in diesem
Fall keine Kühlwasserumlenkung innerhalb der Kammer erforderlich ist. Je nach der
Gestaltung des Transformators können die Funktionsteile auch unter einem anderen
Winkel zueinander angeordnet werden. Bei kleineren Spannungen kann auch eine Nebeneinanderanordnung
in einem gemeinsamen abgeflachten Kammerteil vorgesehen werden, jedoch ist dann
die elektrische Feldverteilung ungünstiger und der Aufwand für die Druckfestigkeit
des Gehäuses grösser.
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Die Spannungssteuerung des zweiten Funktionsteiles erfolgt in dessen
Längsrichtung selbsttätig durch die Leitfähigkeit des Kühlwassers. Damit in der
koaxialen Anordnung von Isolierrohr und Kammergehäuseteil die Feldstärke an der
Oberfläche der Wassersäule bzw. des Isolierrohres in radialer Richtung den für olisolierung
zulässigen Wert nicht übersteigt, muss der Durchmesser des Isolierrohres genügend
gross gewählt werden. Um dabei den Durchflussquerschnitt und damit den Ableitstrom
genügend klein zu halten, werden gemäss der Erfindung zwei koaxial angeordnete Isolierrohre
von verschiedenem Durchmesser verwendet, durch deren Zwischenraum von ringförmigen
Querschnitt das Kühlwasser fliesst. Das innere Isolierrohr ist an seinen Enden verschlossen
und mit Isolieröl gefüllt, das ebenso wie das Füllöl eines gegebenenfalls verwendeten
Schutzisolators durch besondere Anschlüsse erforderlichenfalls umgepumpt, gekühlt
oder unter Druck gesetzt werden kann. Statt des inneren Isolierrohres kann auch
ein massiver Isolierstab von gleichem Durchmesser eingesetzt werden.
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Ua nachteilige Elektrolysevorgänge bei der hohen Spannungsdifferenz,
wie Bildung von Metallionen, Metallabtragung, Leitfähigkeitserhöhung, Korrosion
und dergleichen,in der Wassersäule des Isolierrohres und an den in Kontakt mit ihr
stehenden Oberflächen der angrenzenden Metallteile, die als Elektroden wirken, weitgehend
zu hemmen oder zu vermeiden, werden gemäss der Erfindung an diesen Stellen die Oberflächen
der Metallteile mit elektrolytisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem
Leitmaterial wie Kohle,Graph oder leitfähigem Kunststoff beschichtet. Es können
auch Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material vor den Elektroden, in leitender
Verbindung mit ihnen stehend, angeordnet werden Weitere vorteilhafte Einzelheiten
der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der in zugehörigen
schematischen Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert werden.
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Figur 1 zeigt einen Kabelendverschluss mit Kühlwasser führung eines
in die Anschlusskammer eines Transformators eingeführten Hochspannungskabels bei
Anordnung der beiden Funktionsteile parallel nebeneinander.
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Figur'2 zeigt einen Kabelendverschluss mit Kühlwasser führung eines
in die Anschlusskammer eines Transformators eingeführten Hochspannungskabels bei
Anordnung der beiden Funktionsteile senkrecht zueinander.
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In der Fig. 1 stellt 1 das ankommende Hochspannungskabel mit wassergekühltem
Leiter dar, beispielsweise für eine Spannung von 110 kV, mit zentralem Kühlwasserrohr
2, das von dem im Kreislauf geführten Kühlwasser 3 durchflossen wird. Das Kabel
1 endet im ersten Funktionsteil des Kabelendverschlusses, der die Aufgabe hat, den
Leiter hochspannungsisoliert gegen umgebende geerdete Teile aus dem Kabel herauszuführen
zum Anschluss der Transformatorverbindung und der gebildet wird aus dem Aderende
mit der aufgebrachten spannungsgesteuerten Wickelkeule 4, dem Isolator 5 und seiner
Kopfarmatur 6, die insgesamt in dem geerdeten metallischen Kammer teil 7 angeordnet
sind. Die Kopfarmatur
6 besitzt in bekannter Weise Anschlüsse für
den Kabelleiter und die Weiterverbindung. Das durch die Kopfarmatur 6 herausgeführte
Kühlwasserrohr wird zur Verlängerung an das Verbindungsrohr 8 angeschlossen, in
dem das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Kabelendverschlusses geleitet wird,
in dem es beim Durchfliessen des Isolierrohres 9 vom hohen Leiterpotential nach
Erdpotential gelangt. Bei einem Durchfluss in umgekehrter Richtung, wie es in einem
gleichgebauten Endverschluss am Kabelanfang zur Einleitung des Kühlwassers der Fall
ist, gelangt das Kühlwasser vom Erdpotential auf das hohe Leiterpotentials was jedoch
wegen seines stark erhöhten Isolationswiderstandes im kalten Zustand weniger Probleme
aufwirft als am Kabelende bei heissem Kühlwasser.
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Das in der Fig. 1 durch die Kopfarmatur 10 dem Isolierrohr 9 zugeführte
Kühlwasser fliesst ausserhalb des geerdeten konusförmigen Kammerteiles 11 durch
das Rohr 12 weiter zu einer nicht eingezeichneten Rückkühleinrichtung und wird dann
wieder im kalten Zustand in den Kühlkreislauf zurückgebracht.
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Die gesamte Anschlusskammer 13 mit verschliessbaren Montageöffnungen
an notwendigen Stellen und mit den Kammerteilen 7 und 11 ist mit Isolieröl gefüllt
an dem Transformatorkessel 14 angebracht, von dem sie jedoch im vorliegenden Beispiel
durch die Trennwand 15 mit der eingesetzten Hochspannungsdurchführung 16 getrennt
ist. Diese Hochspannungsdurchführung 16 bewerkstelligt die Hochstromverbindung von
der Kopfarmatur 6 und dem rohrförmigen Leiterstück 17 zum Anschlussende der Transformatorwicklung.
Alle hochspannungführenden Teile und die gegenüberliegenden geerdeten Teile sind
gut abgerundet oder mit wulstförmigen Abschirmungen versehen.
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Die Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit des Kabelendverschlusses,
bei der der zweite Funktionsteil senkrecht zum ersten Funktionsteil angeordnet ist
und zwei koaxial angeordnete Isolierrohre enthält, ferner in einem Schutzisolator
untergebracht ist. Die Anschlusskammer ist ohne Trennwand zum Transformatorkessel
angenommen.
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In der Fig. 2 stellt 21 das ankommende Hochspannungskabel mit dem
zentralen Kühlwasserrohr 22 dar, in dem das im Kreislauf geführte Kühlwasser 23
fliesst. Der erste Funktionsteil des Kabelendverschlusses wird gebildet aus dem
Aderende mit der spannungsgesteuerten Wickelkeule 24 und dem Isolator 25 mit seiner
Kopfarmatur 26, die insgesamt in dem geerdeten metallischen Kammerteil 27 angeordnet
sind. Das durch die Kopfarmatur 26 herausgeführte Kühlwasserrohr wird an das Verbindungsrohr
28 angeschlossen, in dem das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Kabelendverschlusses
geleitet wird, der in diesem Fall zwei koaxial angeordnete Isolierrohre 29 und 30
von verschiedenem Durchmesser und eine Kopfarmatur 31 besitzt, wobei das innere
Isolierrohr 29 an seinen Enden verschlossen und mit Isolieröl gefüllt ist, das erforderlichenfalls
durch äussere Anschlüsse umgepumpt, gekühlt und unter Druck gesetzt werden kann.
Gehalten wird das innere Isolierrohr durch Stege.
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Der zweite Funktionsteil ist in dem geerdeten konusförmigen Kammerteil
32 angeordnet. In dem Abflussrohr 33 wird das Kühlwasser zur Rückkühleinrichtung
weitergeleitet. Die elektrische Verbindung zum Anschlussende der Transformatorwicklung
oder gegebenenfalls einer vorgeschalteten Hochspannungsdurchführung erfolgt durch
das Anschlusstück 34. Die Isolierrohranordnung ist zum erhöhten mechanischen Schutz
in einem Schutzisolator 35 mit Ölfüllumg 36 untergebracht. Auch dieses Öl kann erforderlichenfalls
durch äussere Anschlüsse umgepumpt, gekühlt und unter Druck gesetzt werden. 37 stellt
die Anschlusskammer dar.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die in Kontakt mit der
Kühlwassersäule im Isolierrohr stehenden Oberflächen der angrenzenden Metallteile
mit elektrolytisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallisches
Leitmaterial wie Kohle, Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet, es können
ferner Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material in der Kühlwassersäule vor
den besagten Metallteilen in leitender Verbindung mit ihnen angeordnet werden.
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Patentansprüche: