DE2832826B2 - Einrichtung zum Kühlen einer elektrischen Starkstromleitung - Google Patents
Einrichtung zum Kühlen einer elektrischen StarkstromleitungInfo
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Description
einer elektrischen Starkstromleitung, die mindestens ein
durch Verdampfen eines von einem Einlaß zu einem
zierkulierenden Kühlmittels in Form eines verflüssigba
ren Gases, bei der der Einlaß über ein Zuführrohr und
der Auslaß über ein Rückführrohr mit einer Kühleinheit
verbunden sind, die höher liegt als der Einlaß.
■to Rückführrohr zunächst in Flußrichtung des Kühlmittels
nach oben und anschließend nach unten in die
beliebig verlegbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung eingangs genannter Art anzugeben, bei der man in der
Verlegbarkeit des Rückführrohrs möglichst weitgehende Freiheit hat
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Rückführrohr einen in Flußrichtung des
Kühlmittels nach unten gerichteten Abschnitt und einen sich daran anschließenden, nach oben gerichteten
Abschnitt aufweist und daß der nach oben gerichtete Abschnitt geheizt ist
Durch den aufgeheizten nach oben gerichteten Abschnitt wird eine zusätzliche Konvektion bewirkt die
es gestattet, das Rückführrohr zwischen dem Starkstromkabel und dem nach oben gerichteten aufgeheizte ten Abschnitt praktisch beliebig zu verlegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
die Freiheit beim Verlegen von Starkstromkabeln, die
durch Verdampfung eines Kühlmittels gekühlt werden
und ermöglicht die Verwendung solcher Kabel an den
verschiedensten Orten.
Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels
wird die latente Verdampfungswärme des verflüssigbaren Kühlmittels ausgenützt Die Starkstromkabel
solcher Starkstromleitungen besitzen einen Kühlmittelkanal, der mit einer Kühleinheit verbunden ist, die höher
liegt als der Kühlmitteleinlaß der Starkstromkabel, Die
Kühleinheit besteht im wesentlichen aus einem Kondensator und einem Kühlmittelbehälter und ist so
angeordnet, a'S die Oberfläche des Kühlmittels im
Behälter höher liegt als der Kühlmitteleinlaß der Kabel. Die Kühleinheit ist über ein Zuführrohr und ein
RücUührrohr mit jedem Kabel verbunden, so daß ein geschlossenes Zirkulationssystem für das Kühlmittel
gebildet ist, in dem eine geeignete Menge Kühlmittel eingeschlossen ist Solche Kühleinrichtungen ermögli- is
chen die Übertragung grußer elektrischer Leistungen über ein Kabel, wobei das Kühlmittel die im Kabel
erzeugte Wärme durch Verdampfen absorbiert Das Kühlmittel zirkuliert durch das Kabel in natürlicher
Weise wenn ein entsprechend großer Laststrom durch das Kabel fließt Eine solche Kühleinrichtung arbeitet
sehr zuverlässig, da keine sich drehenden od-τ sonstwie
beweglichen Teile, wie zum Beispiel eine Pumpe, zum Erzeugen der Zirkulation des Kühlmittels benötigt
werden. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wie sie beispielsweise in der US-PS 39 62 529 beschrieben sind, verbinden die Rückführrohre den Kühlmittelauslaß des gekühlten Kabels mit der Kühleinheit in
solcher Weise, daß das verdampfte Kühlmittel, zum Beispiel Freon, im Rückführrohr nach oben bis zur
Kühleinheit steigen kann.
Bei diesen bekannten Einrichtungen ist es zumindestens in der Theorie leicht das Rückführrohr nach
aufwärts gerichtet anzuordnen, wenn sich der Kühlmittelauslaß des gekühlten Kabels in einem Kabelverbin-
dungskasten befindet In vielen praktischen Fällen ist es jedoch für die Installation vorteilhaft das Rückführrohr
tiefer anzuordnen als den Kühlmittelauslaß. Eine solche Rohranordnung führt zu ernsthaften Schwierigkeiten
wenn der Kühlmittelauslaß in einem Kabelendverschluß enthalten ist Mit anderen Worten, wenn die Kühleinheit
im Abstand vom Kabelendverschluß angeordnet ist ergeben sich Schwierigkeiten das Rückführrohr in der
gewünschten Höhe anzuordnen. Ferner ist es infolge der Beschaffenheit des Bodens oft schwierig, die
Tragkonstruktion für das Rücki'ührrohr und die Kühleinheit in der erforderlichen Weise zu installieren.
Bei den bekannten Kühleinrichtungen der beschriebenen Art wird eine zuverlässige natürliche Kühlmittelzirkufation durch Ausnützen der Tatsache erzielt, daß so
das spezifische Gewicht des verdampften Kühlmittels kleiner isi als das spezifische Gewicht des flüssigen
Kühlmittels. Wenn jedoch das Rückführrohr unter dem Kühlmittelauslaß des zu kühlenden Kabels angeordnet
ist, muß eine Abwärtsbewegung des verdampften Kühlmittels erzwungen werden, da sonst keine Zirkulation des Kühlmittels stattfindet Ein Zwangsumlauf des
Kühlmittels unter Verwendung bekannter Mittel erwies sich jedoch als sehr unpraktisch und störanfällig, so daß
diese Art der Verlegung des Röckführrohres nicht &o angewendet wurde.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung anhand der Zeichnungen
genauer beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
Fig. ] eine schematische Darstellung einer Einrich- ·'<
tung nach dem Stand der Technik zum Kühlen einer Starkstromleitung aw& Verdampfen eines natürlich
zirkulierenden Kühlmittels,
F i g, 2 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, bei der das
Kühlmittelrückführrohr tiefer liegt als der Kühlmittelauslaß des Starkstromkabels,
Fig,3 eine schematische Darstellung einer anderen
Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Kühlen einer Starkstromleitung durch Verdampfen eines
natürlich zirkulierenden Kühlmittels,
F i g. 4 eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 3 bei der das Kühlmittelrückführrohr tiefer liegt als der
Küh'imittelauslaß des Starkstromkabels,
F i g. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Einrichtung nach dem Stand der Technik zum Kühlen
einer Starkstromleitung durch Verdampfen eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels,
F i g. 6 eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 5, bei der das Kühlmittelrückführrohr tiefer liegt als der
Kühlmittelauslaß des Starkstromkabels,
F i g. 7 eine graphische Darstellung von Betriebsgrößen der Einrichtung nach F i g. 5,
Fig.8 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Länge an zirkulierendem Kühlmittel und des Kabellaststroms,
Fig.9—11 jeweils zur Kühlung einer Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildete Ausführungsbeispiele,
Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung der Gas/FIüssigkeits-Trennvorrichtung in der F i g. 11, und
Fig. 13 ein weiteres zur Kühlung einer Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildetes Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche Einzelteile mit den gleichen Ziffern versehen.
F i g. 1 zeigt eine bekannte Kühleinrichtung für eine Starkstromleitung. Bei dieser Einrichtung besteht der
gekühlte Körper aus dem elektrischen Starkstromkabel 1 mit einem Kühlmittelkanal gemäß US-PS 39 62 529,
einem Kabelverbindungskasten 2 und einem Kabelendverschluß 3. Die Kühleinheit 10 umfaßt einen Vorratsbehälter 7 und einen Kondensator 8. Das Kabel und die
Kühleinheit sind durch ein Zuführrohr 4 und ein Rückführrohr 6 verbunden und bilden dadurch eine
UnMaufkühlanordnung. Das Kühlmittel wird dem Kabel
über ein elektrisch isolierendes Verbindungsstück im Kabelverbindungskasten 2 zugeführt so daß sich der
Kühlmitteleinlaß A im Kabelverbindungskasien befindet
Auf der Kühlmittelauslaßseite ist das elektrisch isolierende Verbindungsstück 5 oberhalb des Kabelendverschlusses 3 in solcher Lage angeordnet daß sich das
verdampfte Kühlmittel leicht nach aufwärts bewegen kann. Der Kühlmittelauslaß B des Kabels ist an der
Verbindungsklemrwe 9 vorgesehen.
F i g„ 2 zeigt wie bei der Einrichtung nach der F i g. 1
das Rückführrohr 6 unterhalb des Kühlmittelauslasses B angeordnet ist Diese Anordnung des Rückführrohres
wurde bisher als nicht möglich oder zumindest nicht praktisch angesehen. In Fig.2 muß das verdampfte
Kühlmittel nach abwärts in das elektrisch isolierende Verbindungsstück S und durch den nach abwärts
verlaufenden Te;' des Rückführrohres 6 strömen, wodurch die Strömung des verdampften Kühlmittels
blockiert wird, sofern keine besonderen Maßnahmen getroffen werden. Die vorstehend goannten Teile
bilden somit eine Dampfsperre.
Fig. 3 zeigt eine bekannte Kühleinrichtung für ein
Starkstromkabel, d.A an beiden Enden mit je einem
Kabelverbindungskasten 2 bzw. 2' versehen ist. Bei dieser Einrichtung ist das Rückführrohr 6 höher
angeordnet als der Kühlmittelauslaß B, so Haß das
verdampfte Kühlmittel in Form eines aufsteigenden Gasstroms leicht zur Kühleinheit strömen kann.
F i g. 4 zeigt sich wie bei der Einrichtung nach F i g. 3 das RückfUhrrohr 6 vom KühlmittelauslaO B nach
abwärts erstreckt.
F i g. 5 zeigt eine andere bekannte Einrichtung zur
Kühlung eines Starkstromkabels durch Verdampfung eines natürlich zirkulierenden Kühlmittels, wobei das
Kabel 1 an beiden Enden Endverschlüsse 3 und 3' besitzt. Das Rückführrohr 6 liegt hier höher als der
Kühlmittelauslaß B des Kabels und das elektrisch isolierende Verbindungsstück 5 befindet sich zwischen
dem Rohr 6 und dem Auslaß B.
Fig.6 zeigt wie das Rückführrohr 6 unterhalb des
Kühlmittelauslasses β anzuordnen ist.
Wie festgestellt wurde, tritt bei den bekannten Einrichtungen nach den Fig. I, 3 und 5 beim Fließen
von Strom durch das Kabel 1 eine natürliche Zirkulation des Kühlmittels infolge der Erwärmung des Kabels I
auf. Diese natürliche Zirkulation wird auch durch vorstehende Teile oder Unregelmäßigkeiten der Kabelführung kaum beeinträchtigt.
Es wurde weiter festgestellt, daß bei den Einrichtungen nach den F i g. 2, 4 und 6, bei denen das
Rückführrohr tiefer als der Kühlmittelauslaß angeordnet ist, keine Zirkulation des Kühlmittels auftritt wenn
der im Kabel fließende Laststrom klein ist. Wenn der Laststrom groß ist, zirkuliert das Kühlmittel auch in den
Einrichtungen nach den F i g. 2, 4 und 6 ohne Schwierigkeit, so daß das Kabel gekühlt wird. Diese
Erscheinung tritt nur bei durch Verdampfen gekühlten Kabeln mit natürlicher Zirkulation auf. Im Falle einer
erzwungenen Zirkulation ergeben sich keine Probleme. Keine Probleme ergeben sich auch wenn Wasser oder
öl als Kühlmittel benutzt wird.
Diese Verhältnisse sollen nun anhand der Fig. 7 erläutert werden. Fig. 7 ist ein Diagramm für den Fall,
daß der zulässige Strom a bei Kühlung des Kabels fünfmal größer sein kann als der zulässige Strom bohne
Kühlung des Kabels. Wenn der Laststrom des Kabels größer wird, beginnt das Kühlmittel praktisch sofort zu
zirkulieren. Da jedoch infolge der Zirkulation etwas überschüssiges Kühlmittel durch das Kabel strömt,
ergibt sich ein Bereich e mit intermittierender Zirkulation. Wenn der Laststrom weiter zunimmt, ergibt
sich ein Bereich /mit kontinuierlicher Zirkulation und die Menge des zirkulierenden Kühlmittels nimmt
ebenfalls zu. SchEießlich wird der Trockenbereich g erreicht, in dem die Menge des Kühlmittels nicht mehr
zunimmt, auch wenn der Laststrom größer wird. Das Kühlmittel am Kühlmittelauslaß des Kabels befindet
sich dann vollständig in der Dampfphase (Trockenheitsgrad 1). Da das Kabel im Trockenbereich g nicht mehr
durch die latente Verdampfungswärme gekühlt werden kann, ist der maximal zulässige Wert des Ladestroms in
einem durch Kühlmittelverdampfung gekühlten Kabei gleich dem Strom gerade vor Erreichen des Trockenbereichs.
Allgemein ausgedrückt, Wärme wird auch bei einem
kleinen Laststrom im Kabel gesammelt Verdampfung und damit Zirkulation des Kühlmittels beginnen wenn
genügend Wärme gesammelt ist Der Laststrom, bei dem die Zirkulation beginnt, kann bei den Einrichtungen
nach den F i g. 1, 3 und 5 als praktisch Null betrachtet werden, so daß sich keine Probleme ergeben.
Wenn das Rückführrohr so angeordnet ist wie bei den Einrichtungen nach den F i g. 2,4 und 6, ergibt sich bei
großen Lastströmen keine Änderung, jedoch wird der
Bereich e intermittierender Zirkulation kleiner und der
Bereich d stationärer Zirkulation größer. Ferner wird ein größerer Laststrom c am Beginn der Zirkulation
benötigt um diese in Gang zu setzen. Wenn wie im *< Diagramm der F i g. 8 dargestellt, der zum Einleiten der
Zirkulation notwendige Laststrom c größer wird als der zulässige Strom b ohne Kühlung des Kabels, tritt ein
Bereich h auf, in dem keine Kühlung möglich ist, obgleich eine solche erforderlich wäre. Wenn sich der
ίο Laststrom in diesem Bereich h befindet, wird das Kabel
nicht gekühlt, so daß es zu heiß wird.
Die Untersuchungen zeigten, daß das Auftreten des
Bereichs h von verschiedenen Faktoren abhängt. Zu diesen gehören das Ausmaß der Tieferlegung des
i) Rückführrohres, der Durchmesser dieses Rohres, die
Länge des Kabels, die Höhe der Kühlcinheit über dem Kabel usw. Zur sicheren Verhinderung des Auftretens
des Bereichs h in dem keine Kühlung des Kabels möglich ist, muß am Rückführrohr 6 eine Vorrichtung
m vorgesehen werden, die unabhängig von Umweltsbedingungen wie Außentemperatur, Wetter usw. eine
Zirkulation des Kühlmittels auch bei kleinen Lastströmen bewirkt.
.'■-> phasen-Starkstromleitung. Die Leitung umfaßt drei
Kabei'. Jedes dieser Kabel ist an seinen beiden Enden mit Endverschlüssen 3 versehen.
Die Kühleinheit 10 ist an einer Stelle angeordnet, die höher liegt als der Kühlmitteleinlaß A der Kabel. Für
ίο jedes der Kabel 1 ist ein Rückführrohr 6 vorgesehen,
welches mit dem iCühlmittelauslaß B des zugehörigen Kabels über ein elektrisch isolierendes Verbindungsstück 5 verbunden ist. Die Rückführrohre 6 sind unter
den Auslassen B angeordnet. Die Rohre 6 bestehen aus
Γ) einem gut leitenden Metall wie Kupfer oder Aluminium
und sind mit PVC oder Polyäthylen thermisch isoliert. Ein Abschnitt jedes Rohres 6 (vorzugsweise der
unterste Abschnitt des zur Kühleinheit aufsteigenden Teils der Rohre 6) besteht aus rostfreiem Stahl mit
■to relativ hohem elektrischen Widerstand oder einem
Eisenrohr mit hohem Wechselstromwiderstand, welcher Teil ein Heizrohr 11 bildet.
Die drei Rückführrohre 6 sind mit dem Kühlmittelvorratsbehälter 7 verbunden, der aus elektrisch gut
4s leitendem Metall besteht, so daß die einen Enden der
Rohre 6 miteinander kurzgeschlossen sind. Wenn der Behälter nicht aus elektrisch gut leitendem Material
besteht, so kann eine Kurzschlußleitung zum Kurzschließen der drei Rückführrohre 6 vorgesehen sein.
Jedes der drei Starkstromkabel 1 ist von einem Magnetkern 12 aus Siliziumstahl umgeben, der einen
magnetischen Kreis bildet Durch jeden der Magnetkerne 12 führt ein Leiter 13 (in Form eines Drahts, Platte
oder Rohres). Die einen Enden der Leiter 13 sind mit
den Rückführrohren verbunden während die anderen Enden der Leiter 13 miteinander verbunden sind.
Anstelle der Leiter 13 können auch die Rohre 6 durch die Magnetkerne geführt sein, wobei dann die Leiter nur
zam Kurzschließen dienen. Dabei besteht jedoch der
so Nachteil, daß es schwierig ist mehr als eine durch die
Kerne gehende Leiterwindung zu erhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 ist nur ein Zuführrohr 4 vorhanden, das sich in der Nähe der
Kühlmitteleinlässe A der drei Kabel in drei Rohre
verzweigt die zu den einzelnen Einlassen A führen. Die
Größe der Magnetkerne 12 hängt von der Anzahl der Windungen (üblicherweise 1 bis 3) der Leiter 13 ab, die
auf den Magnetkernen aufzubringen sind sowie von der
Gesamtimpedanz des Zuführrohres, dem gesamten
Wirkwiderstand, der elektrischen Heizleistung usw. Der beste Wirkunpsgrad wird erhallen wenn für den
Mapnetkern 12 ein magnetisch sättigbares Material verwendet und festgelegt wird, daß beim Fließen des
ohne Kühlung maximal zulässigen Laststroms im Kabel im P'ickführrohr ein bestimmter Heizstrom fließt und
der iviagnetkerii gesättigt ist. Die Sättigungscharakteristik
des Magnetkerns muß dabei so sein, daß der beim gekühlten Kabel zulässige maximale Lasistrom einen
Heizstrom erzeugt, der nicht größer ist als das Zweifache des vom ohne Kühlung des Kabels zulässigen
Laststmm erzeugten Heizstroms oder nicht größer als da·-. Zweifache des zuletzt genannten Laststroms. Ist
dies nicht der Fall, so wird bei einem großen Laststrom
vom Heizrohr viermal oder mehr Wanne erzeugt als notwendig is: Du s ist nicht erwünscht, da dann eine
größere Kiihleinheit notwendig ist, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Einrichtung herabgesetzt wird
und deren Leistungsverluste zunehmen.
Es wurde festgestellt, daß bei I ließen eines großen
I ..iststrnins im Kabel I der gesättigte Magnetkern durch
Magnetostriktion ein starkes Brummgeräusch erzeugt und zwar auch dann wenn ein nicht geteilter
Magnetkern verwendet wird. Der Magnetkern sollte daher mit einem geräuschdämpfenden Material umgeben
sein. Durch eine geräuschdämpfende Schicht aus Asbest mit einer Dicke von etwa IO mm und eine
Gummischicht mit einer Dicke von etwa 2 mm läßt sich das Brummgeräusch um etwa 20 phon verringern. Wenn
im gekühlten Kabel ein Laststrom von 3000 Ampere und mehr zulässig ist. muß der ganze Magnetkern mit
einer t'eräuschdämpfenden Schicht umhüllt werden.
Zur Erzielung der besten Wirkung ist das Heizrohr 11
so tief als möglich im zur Kühleinheit führenden Steigrohrteil (im unteren Drittel oder Viertel dieses
Rohrteils) des Rückführrohres anzuordnen. Das Heizrohr sollte im unteren Teil des Rückführrohres an der
Stelle angeordnet sein, an der das Kühlmirel wieder nach aufwärts fließt. Die Länge des Heizrohres kann
nicht frei gewählt werden sondern ist abhängig von der benötigten Wärmemenge, der Größe des Magnetkerns,
der Anzahl der Windungen des Leiters auf dem Magnetkern, dem Durchmesser und dem Material des
Heizrohres usw. Vorteilhaft ist, wenn das Heizrohr durch den tiefsten Abschnitt des aufsteigenden Teils des
Rückführrohres gebildet wird. Allgemein ausgedrückt soll das Kühlmittel nicht in dem Teil des Rückführrohres
erhitzt werden in dem es nach abwärts fließt sondern in dem Teil des Rückführrohres, in dem es nach aufwärts
fließt.
Bei der Einrichtung nach F i g. 9 ist die Zirkulation des Kühlmittels bei allen Betriebszuständen dadurch gewährleistet, daß das Kühlmittel im Heizrohr auch bei
dem ohne Kühlung des Kabels zulässigen Laststrom verdampft wird, wodurch ein aufsteigender Strom von
Dampfblasen im Steigrohrteil des Rückführrohres erzeugt wird, der die Zirkulation des Kühlmittels
verstärkt Bei einer 8 m hoch angeordneten Kühleinheit, einer Kabellänge von 50 m (Innendurchmesser des
Kühlmittelkanals im Kabel 50 mm), einem Innendurchmesser des Rückführrohres von 50 mm, weiches sich
6 m vom Kühlmittelauslaß des Kabels nach abwärts erstreckte und bei einem Laststrom von 1000 A
(welcher der unter den ungünstigsten Bedingungen ohne Kühlung des Kabels zulässige Laststrom war)
genügte zur Erzielung der Zirkulation des Kühlmittels die Heizung des Heizrohres (welches das untere Drittel
des aufsteigenden Teils des Rückfühl rohres bildete) mit
einer Leistung von 5 kW.
F.in wesentlicher Vorteil dieses Ausführungsbeispiels
ist der daß keine Leitung für die Versorgung des Rückiührrohres mit Heizstrom notwendig ist. Dieser
Vorteil wird dadurch erzielt, daß dai Rückführrohr mit
Ausnahme des Heizrohrkeils aus einem guten elektrischen Leiter besteht, der Heizrohrteil aus einem
metallischen Widerstandsmaterial gebildet ist und das eine Ende des Rückführrohres durch den Kühlmittelbehälter
oder einen anderen Leiter kurzgeschlossen ist sowie das andere Ende des Rückführrohres durch den
sich durch den Magnetkern erstreckenden Leiter kurzgeschlossen ist. Der sich durch den Magnetkern
erstreckende Leiter besteht aus einer Aluminiumstange und das Rückführrohr aus einem stranggepreßten, mit
PVC überzogenen Aluminiumrohr. Wenn die Stange und das Rohr miteinander verschweißt sind ist die
Verbindung mechanisch stabil und hält viele Jahre. Da das Heizrohr nur ein einfaches Rohr ist, ist die
Zuverlässigkeit größer als bei einer Heizvorrichtung mit Heizdrähten oder dergleichen, da kein Brechen von
Draht oder schlechter Kontakt auftreten kann.
Noch wichtiger ist die Tatsache, daß der Heizt.iil in
direktem Kontakt mit dem Kühlmittel steht. Wenn beispielsweise das Heizrohr indirekt durch einen mit
»Teflon« überzogenen, aus »Nichrom« bestehenden Draht, der auf ein Aluminiumrohr gewickelt ist geheizt
werden würde, so wäre der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf das Kühlmittel schlecht und die
Wärmeübertragungseigenschaften nicht stabil. Aus diesen Gründen sind indirekte Heizmittel nicht gut
geeignet.
Vorteilhafterweise sind auch der aufsteigende Teil des Rückführrohres zwischen der Kiihleinheit und dem
Heizrohr und das Heizrohr thermisch isoliert. Ist dies nicht der Fall, so ist bei starkem Regen oder
Schneesturm die Wärmeabfuhr vom Rückführrohr so groß, daß die elektrische Heizleistung zur Erzeugung
der Zirkulation stark vergrößert werden muß, was jedoch unpraktisch ist. Schon durch eine einfache
thermische Isolation, zum Beispiel eine PVC-Schicht mit 5 mm Dicke kann die notwendige Heizleistung auf die
Hälfte oder ein Drittel verringert werden.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das
sich von dem nach Fig.9 dadurch unterscheidet, daß nur ein Rückführrohr 6 für alle drei Kabel 1 vorgesehen
ist. Dementsprechend ist auch nur ein Heizrohr 11 und
nur ein Magnetkern 12 vorhanden. Der Leiter 13 kann mit beiden Enden des Heizrohres 11 verbunden sein,
jedoch ist es zur Erzielung einer möglichst kurzen Länge des Leiters 13 vorteilhaft wenn dieser mit dem
Rückführrohr 6 und dem Zuführrohr 4 verbunden ist, zu welchem Zweck das Zuführrohr 4 aus einem gut
leitenden Metall besteht
Die Grundelemente der Mittel zum Verstärken der Kühlmittelzirkulation sind bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen der Erfindung das Heizrohr 11,
der Magnetkern 12 und der Leiter 13.
F i g. 11 zeigt ein weiteres zur Kühlung einer
Dreiphasen-Starkstromleitung ausgebildetes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Beispiel bilden
eine Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14 und Hilfsrückführrohre 16 und 17 die Mittel zum Verstärken der
Kühlmittelzirkulation. Bei den früher beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einem Heizrohr wird die
Dichte des Kühlmittels im aufsteigenden Teil des Rückführrohres verringert und zwar durch zusätzliches
Verdampfen von Kühlmittel, wodurch die Kühlmittelzirkulation verstärkt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. Il wird eine starke Kühlmittelzirkulation mit
einer kleinen Menge von im Kabel verdampften Kühlmittel erzeugt Die Anzahl der Hilfsrürkführrohre
kann, wenn nö'ig ein, zwei oder mehr sein. Der Durchmesser des Hilfsrückführrohres muß kleiner,
vorzugsweise oie Hälfte oder weniger als derjenige des
Hauptrückführrohres sein. Der Grund dafür ist der, daß, auch wenn die erzeugten Mengen an verdampftem
Kühlmittel gleich sind, bei einem Rückführrohr mit kleinerem Durchmesser der Anteil des vom dampfförmigen
Kühlmittel eingenommenen Volumens am Gesamtvolumen größer ist, so daß das spezifische
Gewicht pro Voluineneinneit kleiner und die Zirkulationskraft größer wird.
Wenn ein zweites Hilfsrückführrohr vorgesehen werden muß, soll der Durchmesser dieses Rohres nicht
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Laststrom noch größer wird und damit noch mehr Kühlmittel verdampft wird, fließt dieses auch in das
Hauptrückführrohr.
Da die Gas/Fiüssigkeitstrennvorrichtung 14. wie oben
erwähnt, das verdampfte Kühlmittel vorwiegend in das dünnere Rückführrohr leitet, hat die Trennvorrichtung
die Form eines kleinen abgestuften Behälters, dessen Schnittansicht die Fig. 12 zeigt. In der Fig. 12 ist der
Betriebszustand dargestellt, bei dem verdampftes Kühlmittel 20 in das zweite Hilfsrückführrohr 17 und in
das erste Rückführrohr 16 strömt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. Il ist das Riickführrohr 6
ebenfalls unterhalb des Kühlmittelauslasses ff .ingeordnet.
Die Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung ist an der tiefsten Stelle des zur Kühleinheit aufsteigenden Teil·
des Rückführrohres anzuordnen. Die Verstärkung der Zirkulation kann durch thermische Isolierung der
Hilfsrückführrohre! (der Durchmesser des ersten Hilfsrückführrohres ist nicht größer als die Hälfte des
Durchmessers des Hauptrückführrohres). Wenn beispielsweise der ohne Kühlung zulässige Laststrom V5
des mit Kühlung zulässigen Laststroms beträgt, dann wird vom ohne Kühlung zulässigen Laststrom eine
Menge von (V5)^ = V25 oder weniger der Menge
Kühlmitteldampf erzeugt, die vom mit Kühlung zulässigen Laststrom erzeugt wird. In diesem Fall muß
der Rohrdurchmesser V5 oder kleiner sein, damit die Kühlmitteldichte pro Volumeneinheit in den Rückführroliren
gleich ist, was anzeigt, daß das erste, zweite und dritte Hilfszuführrohr notwendig ist. Wenn das Durchmesserverhälinis
der Hilfsrückführrohre größer als V2 z. B. V4 oder kleiner gemacht wird, so tritt eine größere
Reibung und damit ein größerer Druckverlust auf. Aus diesem Grund kann es in bestimmten Fällen notwendig
sein, mehrere Hilfsrückführrohre verschiedenen Durchmessers zu verwenden.
Der wichtigste Teil des Ausführungsbeispiels nach Fig. Il ist die Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung. In
F i g. 11 wird praktisch das ganze vom Kabel erzeugte,
verdampfte Kühlmittel zuerst dem zweiten Hilfsrückführrohr 17 zugeführt. Wenn der Durchmesser des
zweiten Hilfsrückführrohres V4 des Durchmessers des Hauptrückführrohres beträgt, kann die gleiche Zirkulationskraft
erhalten werden, als mit nur einem Hauptrückführrohr
und zwar mit nur V|6 der Menge an
verdampftem Kühlmittel. Wenn die Menge an verdampftem Kühlmittel für das zweite Hilfsriickführrohr
17 zu groß wird, d. h. wenn der Druckverlust in diesem Rohr zu groß wird, dann fließt ein Teil des verdampften
Kühlmittels in das erste Hilfsriickführrohr 16. Wenn der
und Verflüssigung des verdampften Kühlmittels in diesen Rohren für alle Betriebsfälle sichergestellt
werden.
Fig. 13 zeigt eine Kombination der Ausführungsbeispiele
nach den Fig. 10 und II. In Fig. 13 wird das
Rückführrohr 6 an der Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14 in das Hauptrückführrohr 15 und das
Hilfsrückführrohr 16 aufgeteilt. Der untere Abschnitt des Hilfsrückführrohres 16 ist als Heizrohr 18
ausgebildet. Das Hauptrückführrohr 15 ist durch einen Flansch 19 aus Isoliermaterial elektrisch von der
Trennvorrichtung 14 isoliert, so daß der vom Magnetkern
12 im Leiter 13 induzierte Strom vom Leiter 13 durch den Teil des Rückführrohres 6 zwischen dem
Kühlmittelauslaß B und der Trennvorrichtung 14. das Hilfsrückführrohr 16 mit dem Heizrohrteil und über den
Vorratsbehälter 7 und das Zuführrohr 4 zurück zum Leiter 13 fließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann
die elektrische Heizleistung für das Heizrohr aus V4 oder weniger der beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 10 notwendigen Heizleistung verringert werden. Dadurch kann ein kleinerer Magnetkern verwendet und
der elektrische Leistungsverlust verringert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 bilden die
Gas/Flüssigkeitstrennvorrichtung 14, das Hilfsrückführrohr 16, das Heizrohr 18, der Magnetkern IZ der Leiter
13 und der Isolierflansch 19 die Mittel zur Verstärkung der Kühlmittelzirkulation.
Als Kühlmittel kann ein verlüssigbarer, gasförmiger Kohlenwasserstoff wie CCI3F, CCI2F2, CClF3. CBrF3.
CHCl2F, CHClF2. CHF2, CCI2F-CCI2F, CCI2-CCIF2,
CCIF2-CCIF2, CBrF2-CBrF2, CCIF2-CF3, CF3-CF3 und
C4F8 verwendet werden.
Claims (8)
- Patentansprüche:t, Einrichtung zum Kühlen einer elektrischen Starkstromleitung, die mindestens ein Starkstromkabel mit einem Kühlmittelkanal aufweist, durch Verdampfen eines von einem Einlaß zu einem Auslaß durch den Kühlmittelkanal des Kabels natürlich zirkulierenden Kühlmittels in Form eines verflüssigbaren Gases, bei der der Einlaß über ein Zuführrohr und der Auslaß über ein Rückführrohr mit einer Kühleinheit verbunden sind, die höher liegt als der Einlaß, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführrohr (6) einen in Rußrichtung des Kühlmittels nach unten gerichteten Abschnitt und einen sich daran anschließenden, nach oben gerichteten Abschnitt aufweist und daß der nach oben gerichtete Abschnitt geheizt ist.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach oben gerichteter Abschnitt des Rückff-hrrohrs (6) als Heizrohr (11) dient und aus einem MtiäH mit wesentlich höherem elektrischem Widerstand besteht als der übrige Teil des Rückführrohrcs (6) und daß eine Anordnung zum Liefern von Heizstrom an das Heizrohr (11) vorgesehen ist, die einen das Kabel (1) umgebenden, in der Nähe des Kühlmittelauslasses (B) angeordneten, sättigbaren Magnetkern (12) und einen Leiter (13) aufweist, in dem durch den Magnetkern (12) Strom zum Heizen des Heizrohres (11) induziert wird.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dab der Magnetkern (12) so ausgebildet ist, daß er gesättigt ist, wenn j.a Kabel (1) der ohne Kühlung des Kabels (1) maximal zulässige Strom fließt und der vom Magnetko . (12) in dem Leiter (13) induzierte Strom das Zweifache des im gekühlten Kabel (1) maximal zulässigen Stroms nicht übersteigt
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr (11) an seinem Umfang thermisch isoliert ist
- 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 zum Kühlen einer dreiphasigen Starkstromleitung mit drei Starkstromkabeln, von denen jedes von einem Magnetkern umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Kabel (1) ein Rückführrohr (6) vorgesehen ist, von denen jedes ein Heizrohr (11) enthält, daß die Anordnung (12,13) zum Heizen der Heizrohre (11) erste Leiter (7) aufweist welche die drei Rückführrohre (6) auf der Seite der Kühleinheit (10) elektrisch kurzschließen und zweite Leiter (13), welche durch die drei Magnetkerne (12) geführt sind und die Rückführrohre (6) auf der Seite der Kühlmittelauslässe (^elektrisch kurzschließen.
- 6; Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 zum Kühlen einer dreiphasigen Starkstromleitung mit drei Starkstromkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Kühlmittelauslässe (finder drei Kabel (1) durch eine dreiarmige Rohrverzweigung mit dem Rückführrohr (6) verbunden sind, daß die drei Kühlrnittelemlässe (A) der drei Kabel durch eine dreiarmige Rohrverzweigung mit dem Zuführrohr (4) verbunden sind, daß das Rückführrohr (6) und das Zuführrohr (4) aus elektrisch gut leitendem Metall bestehen, daß der Leiter (13) das Rückführrohr (6) mit dem Zuführrohr (4) elektrisch verbindet und sich durch den Magnetkern (12) erstreckt, der eines der Kabel (1) in der Nähe seines Kühlmittelauslasses (B) umgibt, und daß mindestens ein Teil des Heizrohrs (11) sich unter den Kühlmiuelauslässen ^befindet
- 7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (14) im unteren Teil des aufsteigenden Abschnitts das Rückführrohres (6) angeordnet ist, die das verdampfte Kühlmittel vom flüssigen Kühlmittel trennt, und daß der aufsteigende Abschnitt des Rückführruhres (b)ίο zwischen der Trennvoi richtung (14) jnd der Kühleinheit (10) mehrere Sieigrohre (15, 16,17) mit verschieden großen Durchmessern aufweist, die so angeordnet sind, daß das verdampfte Kühlmittel bei Zunahme der Temperatur des Kabels (1) bevorzugt durch das Steigrohr (15, 16, 17) mit dem kleinsten Durchmesser strömt
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführrohr (6), das Steigrohr (16) mit dem kleinsten Durchmesser und dasμ Zuführrohr (4) aus elektrisch gut leitendem Metall bestehen und an der Kühleinheit (10) elektrisch kurzgeschlossen sind und daß der Leiter (13) sich durch den Magnetkern (12) erstreckt und das Rückführrohr (6) mit dem Zuführrohr (4) verbindet
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