DE7510403U - EndverschluB für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in ölgefüllte Transformatoren - Google Patents

Description

Dr. Ernst Kuhn Mannhelm,

68 Mannheim 1, · KN/kn*^ ^^

Leibnizstr.6 ^^

Endverschluss für Hochspannungskabel mit wassergekühlt am Leiter zur Einführung in ölgefüllte Transformatoren.

Die Neuerung betrifft einen Kabelendverschluss mit Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in ölgefüllte Transformatoren.

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 von mehreren Zentimeter Durchmesser, ferner durch den wesentlich grösseren Leiter und die dadurch vergrösserten. Durchmesser von Isolierung, Mantel und Schutzschichten. Das durch das Kühlwasserrohr 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 Überführung erfolgt in besonders ausgebildeten Endverschlüssen.

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 Hochspannungstransformator₃ besteht aus einem Hochspannungsendverschluss ähnlich herkömmlicher Bauart mit Porzellanisolator, spannungsgesteuerter Wickelkeule auf dom Aderende und Kopfarmatur des Isolators zum inneren Anschluss des Leiters und äusseren Anschluss der weiterführenden Stromschiene, alles jedoch abgestimmt auf die gros-Kabelabmessungen 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, epannungs- und kurzschlussicher über den hohen Potontialunterschied g lührt 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 Überspannungen erfolgen, andererseits der elektrische Widerstand der Wassersäule nicht zu niedrig bzw. der Isolationsstrora zu hoch wird. Das Isolierrohr kann in einem ölgefüllten Schutzisolator untergebracht sein.

Diese bekannten Spezialkabelendverschlüsse sind nur/zur Aufstellung in freier Luft verwendbar und es sind dabei zur Vermeidung von Überschlägen bei hohen Spannungen 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 ISinführungsendverschlüsse für Umspanntransformatoren zu entwickeln, insbesondere für hohe Spannungen.

Der Neuerung 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.

Die Umspanntransformatoren der allgemeinen Bauart,die beispielsweise in unterirdischen Umspannstationen von Hochspannung auf Mittelspannung oder in Kavernenkraftwerken von Generator-Mittel-

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spannung auf Hochspannung umspannen, enthalten in einem geerdeten, metallischen und mit Isolieröl gefüllten Kessel den •l'ransformatorkern 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 alektrische Verbindung eingesetzt ist. Für herkömmliche Kabel sind derartige Kabeleinführungen schon lange in Gebrauch» besonders an Orten mit starker Luftverschmutzung und bei Kavernenanlagen.

Die Aufgabe wird nach der Neuerung dadurch gelöst, dass der Kabelendverschluss in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und dass die Anschlusskammer des Transformators für den Kabelendverschluss zwei vorzugsweise rohr- oder konusförmige Kammerteile aufweist, die 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 KUhlwasserrohr besteht und wobei der zweite Funktionsteil aus einem an den End«*n mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr fUr den Kühlwasserdurchfluss mit Kopfarmatur besteht, in die das aus dem ersten Funktionsteil herausgeführte verlängerte KUhlwasserrohr zum Anschluss an. das Isolierrohr eingeführt ist.

Das Isolierrohr kann zum Schutz und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit innerhalb der Kammer in einem Schutzisolator angeordnet werden.

Das Kühlwasser tritt nach Durchlaufen des Isolierrohres in einem Weiterleitungsrohr aus dem Kammergehäuse aus und gelangt zur RUckkühleinrichtung und von dort wieder in das Kabel..

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Die beiden Funktionsteile des Kabeleinführungsendversehlucses und die ihnen zugehörigen Kammergehäuseteile können geraäss der Neuerung mit ihren Achsen parallel nebeneinander oder senkrecht zueinander oder auf gleicher Achse hintereinander angeordnet werden. Letzteres kann besonders vorteilhaft sein, da in diesem Fall die Gehäusekammer einfacher zu gestalten ist, weil keine Kühlrasserumlenkung innerhalt der Kammer erforderlich ist, die den Strömungswiderstand für das Kühlwasser erhöhen würde. 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 Aufwand für die Druckfestigkeit des Gehäuses ist grosser.

Di^ Spannungssteuerung des zweiten Funktionsteiles erfolgt in dessen Längsrichtung selbsttätig durch die, wenn auch nur sehr geringe 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 die Isolierung maximal zulässigen Wert nicht übersteigt, muss der Durchmesser des Isolierrohres genügend gross gewählt werden. Um dabei den Durchflussquerschnitt des Kühlwassers und aen damit in Verbindung stehenden Ableitstrom des Kühlwassers zur Verhinderung stärkerer Erwärmung genügend klein zu halten, enthält gemäss der Neuerung der zweite Funktionsteil zwei koaxial angeordnete Isolierrohre von verschiedenem Durchmesser, wobei das innere Isolierro^j· an seinen Enden verschlossen ist oder wobei statt des inneren Isolierrohres ein massiver Isolierstab von gleichem Aussendurchmesser wie das Isolierrohr eingesetzt wird. Durch den verbleibenden schmalen Zwischenraum von ringförmigem Querschnitt fliesst das Kühlwasser.

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Um nachteilige Elektrolysovorgänge bei der hohen Spannungsdifferonz, wie Bildung von Metallionen, Metallabtragung, Leitfähigkeitserhbhung, 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 Neuerung an diesen Stellen die Oberflächen der Metallteile mit elektrolytisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischen» Leitmaterial wie Kohle, Graphit 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 Neuerung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der in zugehörigen schematischen Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert werden.

Figur 1 zeigt einen Kabelendverschluss mit Kühlwasserführung eines in die Anschlusskamraer eines Transformators eingeführten Hochspannungskabels bei Anordnung der beiden Funktionsteile parallel nebeneinander.

Figur 2 zeigt einen Kabelendverschluss mit Kühlwasserführung eine& in die Anschlusskammer eines Transformators eingeführten Hochspannungskabels bei Anordnung der beiden Funktionsteile senkrecht zueinander.

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 it, dem Isolator 5 und seiner Kopfarraatur 6, die insgesamt in dem geerdeten metallischen Kammerteil 7 angeordnet sind. Die Kopfar-

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\ matur 6 besitzt in bekannter Weise Anschlüsse für den Kabel-

j leiter und die Weiterverbindung. Das durch die Kopfarmatur 6

herausgeführte KUhlwasserrohr wird zur Verlängerung an das Verbindungsrohr 8 angeschlossen, in dem das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Kabelendverschlussesgeleitet wird, in dem os . 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 1st, gelangt das Kühlwasser vom Erdpotential auf das hohe Leiterpotential, was jedoch wegen seines stark erhöhten Isolaticnswideretandes im kalten Zustand weniger Probleme aufwirft als am Kabelende bei heissem Kühlwasser.

Das in der Fig. 1 durch die Kopfarmatur 10 dem Isolierrohr 9 zügeführte Kühlwasser fliesst ausserhalb des geerdeten konusförmigen Kammerteiles 11 durch das Rohr 12 weiter zu einer nicht eingezeichneten RückkUhleinrichtung und wird dann wieder im kalten Zustand in den Kühlkreislauf zurückgebracht.

Die gesamte Anschlusskammer 13 mit verschliessbaren Montagsöffnungen an notwendigen Stellen und mit den Kammerteilen 7 und 11 ist mit Isolieröl gefüllt an dem Transformatorkessel \U, 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.

Die Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit des Kabelendverschlusses, bei der der zweite Funktionsteil senkrecht zum ersten Funktionsteil angeordnet ist und zwei koaxial angeordnete ^Tsolierrohre 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 daa ankommende Hochspannungskabel mit ' dem zentralen KUhlwasserrohr 22 dar, in dem das im Kreislauf geführte Kühlwasser 23 fliesst. Der er«te Funktionsteil des Kabelendverschlusses wird gebildet aus dem Aderende mit der spannungsgesteuerten Wickelkeule 2l\ und dem Isolator 25 mit seiner Kopfarmatur 26, die insgesamt in dem geerdeten metallischen Kammerteil 27 angeordnet sind.Das durch die Kopfarma« tur 26 herausgeführte KUhlwasserrohr wird an das Verbindungsrohr 28 angeschlossen, in dem das Kühlwasser zum zweiten Funktionsteil des Kabelendverschlusses geleitet wird, der in/dieeem 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 Sussere Anschlüsse umgepumpt, gekühlt und unter Druck gesetzt werden kann.Gehalten wird das innere Isolierrohr durch Stege. Der zweite Funktionsteil ist in dem geerdeten konusförmigen Kammerteil 32 angeordnet. In dem Abflussrohr 33 wird das Kühlwasser zur RUckkühleinrichtung 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 O^-Tf üllung 36 untergebracht. Auch dieses öl kann erforderlichenfalls durch äussere Anschlüsse umgepumpt, gekühlt und unter Druck gesetzt werden. 37 stellt die Anschlusskammer dar.

Nach einem weiteren NeuerungsmerkmaL werden die in Kontakt mit der Kühlwassersäule im Isolierrohr stehenden Oberflächen der angrenzenden Metallteile mit elektrolytisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischen! 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.

Schutzansprüche : - 8 -

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Claims (1)

SchutzansprUche :

1. Kabelendverschluss rait Führung des Kühlwassers von Leiterpotential nach Erdpotential, für Hochspannungskabel hoher Ubertragungsleistung mit wassergekühltem Leiter zur Einführung in ölgefüllte Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelendverschluss in zwei Funktionsteile aufgeteilt wird und dass die Anschlusskammer (13,37) des Transformators für den Kabelendverschluss zwei vorzugsweise rohr- oder konusförmige Kammerteile (7,11,27,32) aufweist, die untereinander in Verbindung stehen und dass in Jedem Kammerteil (7,11,27,32) ein Funktionsteil des Kabelendverschlusses angeordnet wird, wobei der erste Funktionsteil aus einem vorzugsweise konischen Giessharzisolator (5,25), spannungsgesteueiter Wickelkeule (4,24) auf der Kabelader und Kopfarmatur (6,26) mit elektrischen Anschlüssen und durchgeführtem Kühlwapserrohr (2,22) besteht und wobei der zweite Funktionsteil aus einem an den Enden mit Befestigungsflanschen versehenen Isolierrohr (9,30) für den Kühlwasserdurchfluss mit Kopfarmatur (10,3D besteht, in die das aus dem ersten Funktionsteil herausgeführte verlängerte Kühlwasserrohr (8,28) zum Anschluss an das Isolierrohr (9,30) eingeführt ist.

2» Kabelendverschluss nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierrohr (9,30) in einem Schutzisolator (33) angeordnet ist.

3· Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chne t, dass die beiden Funktionsteile und die ihnen zugehörigen Kammergehäuseteile (7,11, 27,32) mit Ihren Achsen parallel nebeneinander oder senkrecht zueinander oder auf gleicher Achse hintereinander angeordnet werden.

4· Kabelendverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, dass der zweite Funktionsteil zwei koaxial angeordnete Isolierrohre (29,30) enthält,

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wobei das innere Isolierrohr (29) an seinen iinde. verschlossen ist oder wobei statt des inneren Isolierrohroc (29) ein massiver Isolierstab von gleichem Aussonclurchmeceer eingesetzt wird.

5· Kabelendverschluss nach Anspruch 1 oder k> dadurch gekennzeichnet, dass die In Kontakt mit der Wassersäule im Isolierrohr (9,30) stehenden Oberflächen der angrenzenden Metallteile mit elektrolytisch unangreifbarem Material wie Platin oder mit nichtmetallischem Leitmaterial wie Kohle oder Graphit oder leitfähigem Kunststoff beschichtet werden und / oder Abschirmgitter oder Schilde aus solchem Material in der Kühlwassersäule vor den Metallteilen in leitender Verbindung mit diesen angeordnet werden.