DE2514635B2

DE2514635B2 - Endverschluß für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter

Info

Publication number: DE2514635B2
Application number: DE2514635A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. 6800 Mannheim Kuhn
Original assignee: Kabel- und Lackdrahtfabriken 6800 Mannheim GmbH
Current assignee: Suedkabel GmbH
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2514635A1; DE2514635C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Kabelendverschluß mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Übertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter, wobei der Kabelendverschluß in zwei Funktionsteile aufgetcill ist und der erste Funktionsteil aus einem Isolator, einer spannungsgesteuerten Wickclkcule auf der Kabelader und einer Kopfarmatur mit elektrischen Anschlüssen und durchgeführtem Kflhlwasserrohr besteht und wobei der zweite Funktionsteil ein Isolierrohr für den Kühlwasserdurchfluß aufweist, an das ein aus dem ersten Funktionsteil herausgeführtes verlängertes Kühlwasserverbindungsrohr angeschlossen ist

Bei dem ständig zunehmenden Bedarf an elektrischer Energie in Ballungsgebieten und dem notwendigen vermehrten Bau von Großkraftwerken werden an die

ίο Übertragungsleistung unterirdisch verlegter Kabel zunehmend höhere Anforderungen gestellt Die herkömmlichen Hochspannungskabel sind in ihrer Übertragungsleistung begrenzt, da sie sich bei hohem Belastungsstrom stark erwärmen und die Ableitung der Wärme durch die Kabelisolierung und den Erdboden behindert ist Bei hochbelasteten Kabeln wird bereits häufiger eine verstärkte äußere Kühlung vorgesehen durch Verlegung der Kabel in von Kühlwasser durchströmte Rohre, wodurch sich die Übertragungslei stung um den Faktor 2—3 erhöhen läßt Noch beträchtlich höhere Übertragungsleistungen sind bei innerer Wasserkühlung der Kabel zu erzielen, wenn die Wärme unmittelbar vom Ort ihres Entstehens durch Kühlwasser weggeführt wird, ohne daß sie erst die

2^ri wärmedämmende Isolierschicht durchdringen muß. Solche Kabel werden als Hochleistungskabel in erster Linie für die künftigen laststarken Übertragungsstrekken ausersehen seig.

Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter

w unterscheiden sich von herkömmlichen Hochspannungskabeln vor allem durch das im Leiter angeordnete Kühlwasserrohr von mehreren Zentimeter Durchmesser, ferner durch den wesentlich dickeren Leiter und die wesentlich größeren Durchmesser von Isolierung,

f> Mantel und Schutzschichten. Das durch das Kühlwasserrohr gepumpte Kühlwasser wird in der Kabelanlage im Kreislauf geführt und die von ihm aufgenommene Wärme wird ihm am Kabelende in einer Rückkühleinrichtung wieder entzogen. Da die Rückkühleinrichtung

4i) auf Erdpotential liegt, muß das im Kabel auf dem hohen Potential des Leiters befindliche Kühlwasser am Kabelende vom Hochspannungspotential nach Erdpotential und am Kabelanfang in umgekehrter Richtung vom Erdpotential nach Hochspannungspotential über-

■»■"> führt werden, was in besonders gestalteten Endverschlüssen geschieht.

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. DE-OS 22 57 720) bestehen aus zwei Funktionstcilcn. Der erste Funktionsteil, der den Leiter hochspannungsisoliert gegen geerdete Teile aus dem Kabel herausführen soll, wird

^v> von einem Hochspannungsendverschluß ähnlich herkömmlicher Art, jedoch für großen Leiter mit Kühlwasserdurchführung, gebildet, d. h. mit Porzcllanisolator und innenliegender spannungsgesteuerler Wikkclkcule, ferner Kopfarmatur des Isolators zur Abclich-

^Wl tung und mechanischen Festlegung des Leiterendes und zum Anschluß einer Stromschiene oder eine· Freileifungsseiles, Der nachfolgende, über eine Verlängerung des Kühlwasscrrohres angeschlossene /weite Funktionsteil, der das Kühlwasser von gewisser geringer

^br' elektrischer Leitfähigkeit spannung*- und kurzschlußsichcr über einen hohen Poicniialunterschied führen soll, besteht im wesentlichen aus einem Isolierrohr mit Befestigungsflanschen an den Enden, wobei das eine

Ende am Hochspannungspotential und das andere
am Erdpotential liegt, Das Isolierrohr ist so bemessen, daß der elektrische Widerstand bzw, der Ableitstrom des durchfließenden Kühlwassers in einem zulässigen Bereich bleiben und daß auch bei auftretenden Oberspannungen keine Durchschläge oder Längsüberschläge erfolgen. Das Isolierrohr kann in einem ölgefOllten Schutzisolator angeordnet sein.

Die beschriebenen Spezialendverschlüsse sind nur zur Aufstellung in freier Luft verwendbar. Da bei der künftigen Energieversorgung in Ballungsgebieten die Tendenz besteht, auf die wenig Platz beanspruchenden metallgekapselten Schaltanlagen mit SFe-Gasisolierung (SFe = Schwefelhexatluorid) überzugehen, müssen auch für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter Endverschlüsse zur Einführung in metallgekapselte Schaltanlagen zur Verfügung stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Endverschluß für Hochspannungskabel hoher Übertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen zu schaffen.

Gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen sind charakterisiert durch vollständigen Einbau aller hochspannungfahrenden Teile in geerdete Metallische Umhüllungen, die großenteils rohrförmig sind, mit im Vergleich zu freier Luft sehr kleinen inneren Isolierabständen, die durch die Anwendung eines elektronegativen Isoliergases hoher Durchschlagsfestigkeit unter erhöhtem Druck, insbesondere SFb-Gas, ermöglicht sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen jeder Pinktionsteil in einer eigenen, vorzugsweise rohrförmigen, geerdeten, metallischen Kapselung angeordnet ist, die eine Verlängerung oder _ Abzweigung der rohrförmigen Schaltanlagekapselung bildet und mit dieser die Isoliergasatmosphäre gemeinsam hai, und daß der zweite Funktionsteil eine mit einer Stromschiene verbundene Kopfarmatur aufweist, in die das aus dem ersten Funktionsteil herausgeführte verlängerte Kühlwasserverbindungsrohr zum Anschluß an das Isolierrohr eingeführt ist.

Das Isolierrohr kann zum Schutz und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit in einem ölgefüllten Schutzisolator angeordnet sein.

Maßnahmen zur Spannungssteuerung des zweiten Funktionsteiles in Längsrichtung sind nicht erforderlich da sich eine solche selbsttätig in der koaxialen Anordnung der geerdeten rohrförmigen Kapselung und der zentralen auf unterschiedlich höherem Potential befindlichen Wassersäule einstellt. Damit in radialer Richtung die Feldstärke an der Oberfläche der Wassersäule bzw. des Isolierrohres unterhalb der Glimmeinsat/feldstärkc bleibt, muß der Isolierrohrdurchmesser entsprechend groß gewählt werden. Um dabei den Durchflußquerschnitt und damit den Ab'eitstrom genügend klein zu halten, werden vorzugsweise zwei konzentrisch angeordnete Isolierrohre verwendet, in deren Zwischenraum von ringförmigem Querschnitt das Kühlwasser fließt. Der Durchmesser des äußeren Rohres ist dabei für die Feldstärke in der Anlage maßgebend. Das innere Isolierrohr ist an seinen Enden verschlossen und mit Isolieröl gefüllt, das unter Druck gesetzt und zur Kühlung umgcpurnpt werden kann. Statt des inneren Isolicrrohrcs kann auch ein massiver Isolierstab eingesetzt werden.

,Nach Durchlaufen des Isolierrohres tritt das Kühlwasser aus der Kapselung aus und wird in die Rückkühleinrichtung geleitet. In abgekühltem Zustand wird es dann wieder durch einen gleichartigen Kabelendverschluß in das Kabel gepumpt.
Die beiden Funktionsteile eines derartigen Kabelendverschlusses können samt ihrer Kapselung vorteilhafterweise mit ihren Achsen parallel nebeneinander angeordnet sein oder auf gleicher Achse hintereinander liegen, wodurch der Vorteil entsteht, daß innerhalb der Anlage keine Kühlwasserumlenkung erforderlich ist und der Strömungswiderstand nicht vergrößert wird. Sie können auch senkrecht zueinander oder unter einem beliebigen Winkel angeordnet werden je nach der günstigsten Ausführung im Hinblick auf die Gesamtanlage. Bei Nebeneinanderanordnung kann bei kleineren Spannungen auch eine gemeinsame Kapselung durch ein abgeflachtes Gehäuse vorgesehen werden, jedoch ist dann die Feldverteilung ungünstiger und der Aufwand für die Druckfestigkeit des Gehäuses größer.

Da das Kühlwasser im Isolierrohr eine leitfähige Flüssigkeitssäule zwischen einer auf sehr hoher Spannung liegenden Elektrode r.-*d einer geerdeten Elektrode darstellt, können nachteilige Elektrolysevorgänge wie Bildung von Metallionen, Metallabtragung,

r> Leitfähigkeitserhöhung, Korrosion und dergleichen auftreten. Um solche Vorgänge weitgehend zu hemmen oder ^-u vermeiden, werden gemäß der Erfindung die Oberflächen der an die Wassersäule angrenzenden und als Elektrode wirkenden Metallteile mit unangreifbarem

in Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle, Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet. Es können auch Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material vor den Elektroden, aber in leitfähiger Verbindung mit ihnen, angeordnet werden.

r> Die Erfindung soll nun anhand von schematischen Zeichnungen erläutert verden.

Fig. 1 zeigt den Endverschluß mit Kühlwasserführung eines in die metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Nebeneinan-

■1(1 deranordnung der zwei Funktionsteile,

Fig.2 zeigt den Endverschluß mit Kühlwasserführung eines in die metallgekapselte Schaltanlage eingeführten Hochspannungskabels bei Hintereinanderanordnung der zwei Funktionsteile,

•Ti Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform des zweiten Funktionsteiles.

In der Fig. 1 stellt 1 das ankommende Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter, beispielsweise für IIO kV dar, mit dem zentralen Kühlwasserrohr 2, das

^r)(i von dem im Kreislauf geführten Kühlwasser 3 durchflossen wird. Das Kabel 1 endet im ersten Funktionsteil des Endverschlusses, der aus dem Aderende mit der spannungsgesteuerten Wickelkeule 4, dem Isolator 5 und seiner Kopfarmatur 6 gebildet wird,

Vi die 'n:igesamt in der geerdeten, vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 7 angeordnet sind. Das in der Kopfarmalui 6 herausgeführte Kühlwasserrohr wird an das Verbindungsrohr 8 angeschlossen, in dein das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Endver-

w) Schlusses geführt wird, der aus dem an seinen Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr 9 und dessen Kopfarmatur 10 besteht und in der rohrförmigen Kapselung Il angeordnet ist. Außerhalb der Kapselung Il wird das Kühlwasser in dem Rohr 12 weitergeleitct

h^r> zur Riickkühleinrichtung und nach erfolgter Abkühlung wird es wieder in c'nem gleichartigen Endverschluß bei umgekehrter Flußrichtung in das Kabel zurückgebracht.

Die Stromschiene 13 der Schaltanlage, die in der

rohrförmig verlängerten und mit verschließbaren Montageöffnungen ausgerüsteten Anlagekapselung 14 durch den Isolierstützer 15 zentral gehalten wird, wird hochMromleitend mit der Kopfarmatur 10 verbunden, falls diese hochstromleitend durch das Rohr 16 mit der Kopfarmatur 6 verbunden ist, anderenfalls wird sie unmittelbar an letztere angeschlossen. Alle hochspannungsführenden Teile sind zur Vermeidung von Spriihentladungen gut abgerundet, ebenso die gegenüberliegenden geerdeten Teile.

Die F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeil des Endverschlusses, bei der der zweite Funktionsteil auf der verlängerten Achse des ersten Funktionsteiles angeordnet ist, ferner ist das Isolierrohr in einem Schutzisolator untergebracht, was besonders zur Beherrschung von größeren Drücken vorteilhaft ist, beispielsweise am Kabelanfang, wo das Kühlwasser unter hohem Druck in das Kabel gepumpt wird.

[n jjgr pj" 2 s'.eü; 2! dss ankommende Hcchs"°r; nungskabel mit dem zentralen Kühlwasserrohr 22. in dem das Kühlwasser 23 fließt, dar. Der erste Funktionsteil des Endverschlusses wird wie in der Fig. 1 gebildet aus dem Kabeladerende mit der aufgebrachten spannungsgesteuerten Wickelkeule 24. dem Isolator 25 und seiner Kopfarmatur 26, durch die das Kühlwasserrohr herausgeführt ist. Dieser erste Funktionsteil des Endverschlusses ist in der vorzugsweise rohrförmigen metallischen Kapselung 27 angeordnet. Das Kühlwasser wird geradeaus durch das Verbindungsrohr 28 zum holierrohr 29 mit der Kopfarmatur 30 als zweitem Funktionsteil des Endverschlusses weitergeführt, der in einem Schutzisolator 31 mit Ölfüllung 32 steht und wobei das Ganze in der metallischen Kapselung 33 angeordnet ist. Das Öl kann umgepumpt und außerhalb der Kapselung gekühlt werden. Das Kühlwasser wird außerhalb der Kapselung in dem Rohr 34 zur Rückkühleinrichtung geleitet.

Der hohe Übertragungsslrom fließt von der Kopfarmatur 26 zur angeschlossenen seitlich abzweigenden Stromschiene 35 der Schaltanlage, die durch den beispielsweise konisch gestalteten Isolierstützer 36 zentrisch in der rohrförmigen Schaltanlagekapselung 37 gehalten wird.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des /weiten Funktionsteiles des Endverschlusses. Das Kühlwasser fließt durch den Zwischenraum von ringförmigen Querschnitt zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Isolierrohren 41 und 42. Das innere Isolierrohr 41 ist zu diesem Zweck an den Enden geschlossen und mit Isolieröl 43 gefüllt. Statt des inneren Isolierrohres kann auch ein massiver Isolierstab eingesetzt werden. Durch die Kopfarmatur 44 wird das 2Kf.er :'!!»e!ei'e' ""H '!ürrh da« Rohr 4"? ?!i»R! »·.

weiter zur Rückkühleinrichtung. Diese Ausführungsform kann weiterhin in einem Schutzisolator mit ölfüllung. wie bei F i g. 2 beschrieben, untergebracht werden.

Um eventuell mögliche nachteilige Elektrolysevorgänge weitgehend einzuschränken, können die in Kontakt mit der Wassersäule im Isolierrohr stehenden und als Elektrode wirkenden Metallteile mit einem unangreifbaren Material wie Platin oder einem nichtmetallischen Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet werden. Es können auch Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material vor den genannten Metallteilen in leitender Verbindung mit ihnen angeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J, Kabelendverschluß mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Übertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter, wobei der Kabelendverschluß in zwei Funktionsteile aurgeteilt ist und der erste Funktionsteil aus einem Isolator (5, 25), einer spannungsgesteuerten Wickelkeule (4,24) auf der Kabelader und einer Kopfarmatur (6, 26) mit elektrischen Anschlüssen und durchgeführtem Kühlwasserrohr (2, 22) besteht und wobei der zweite Funktionsteil ein IsoUerrohr (9, 29) für den Kühlwasserdurchfluß aufweist, an das ein aus dem ersten Funktionsteil herausgeführtes verlängertes Kühlwasserverbindungsrohr (8, 28) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung in gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen jeder Funktionsteil in einer eigenen, vorzugsweise rohrförmigen, geerdeten, metallischen Kapselung (7, U) angeordnet ist, die eine Verlängerung odpr Abzweigung der rohrförmigen Schaltanlagekapselung (14) bildet und mit dieser die Isoliergasatmosphäre gemeinsam hat, und daß der zweite Funktionsteil eine mit einer Stromschiene (13,35) verbundene Kopfarmatur (10,30) aufweist, in die das aus dem ersten, Funktionsteil herausgeführte verlängerte Kühlwassdrverb ;ndungsrohr (8,28) zum Anschluß an das Isolierrohr (9,29) eingeführt ist.
2. Kabelendverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (9 bzw. 29) in einem ölgefüllten Schutzisolator (31) angeordnet ist.
3. Kabe^ndverschluB nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeiphnet, d»⁰· die beiden Funktionsteile mit ihren Achsen parallel nebeneinander oder auf gleicher Achse hintereinander oder mit ihren Achsen senkrecht zueinander angeordnet sind.
4. Kabelendverschluß nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Funktionsteil zwei koaxial angeordnete Isolierrohre (41, 42) enthält, zwischen denen der Durchfluß des Kühlwassers erfolgt, wobei das innere Isolierrohr (41) an den Enden geschlossen und mit Isolieröl (43) gefüllt ist oder wobei statt des inneren Isolierroh, es (41) ein massiver Isolierstab von gleichem Durchmesser eingesetzt ist.
5. Kabelendverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der an die Kühlwassersäule im Isolierrohr (9 bzw. 29 bzw. 42) angrenzenden Metallteile mit chemisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder lcilfähigcm Kunststoff beschichtet sind und/oder Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material in der Kuhlwassersäule vor dem Metallteilen in leitender Verbindung mit diesen angeordnet sind.