[0001] Die Erfindung betrifft ein Gasaußendruckkabel nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
[0002] Kabel nach dem Oberbegriff sind seit langem bekannt und bewährt. Ihr prinzipieller
Aufbau ist beispielsweise in der Druckschrift 'Gasaußendruckkabel' der Felten & Guilleaume
Kabelwerke AG Köln (1968) beschrieben.
[0003] Ein solches Gasaußendruckkabel hat drei meist ovale Leiter, die jeweils von einem
geschichtetem Dielektrikum - vorzugsweise Papier - umgeben sind. Dieses Dielektrikum
ist mit einem zähflüssigen Tränkmittel imprägniert. Jede Ader wird von einem Metallmantel
(üblicherweise ein glattes Bleirohr) umgeben. Diese Adern befindet sich in einem geschlossenen
Druckrohr, in dein über ein trockenes Gas ständig ein Druck aufrecht erhalten wird,
der die glatten Bleimäntel auf die elektrische Isolierung preßt und damit dazu beiträgt,
daß das Dielektrikum hohlraumfrei bleibt.
[0004] Aus der DE-GM 19 96 553 ist ein papierisoliertes Starkstromkabel bekannt, das mit
einer Isolierflüssigkeit getränkt und mit einem gewellten Metallrohr umgeben ist.
Auf den Metallmantel wird von außen kein Gasdruck aufgebracht, so daß dieses Starkstromkabel
nicht als Gasaußendruckkabel betrachtet werden kann.
[0005] Gasaußendruckkabel besitzen zwar eine Reihe von Vorteilen, haben aber den Nachteil,
daß ihr Energieübertragungsvermögen stark eingeschränkt ist. Dies liegt an den im
Druckrohr (Stahl) auftretenden Zusatzverluste und daran, daß mit der elektrischen
Isolierung keine sehr hohen Feldstärken beherrscht werden können. Gasaußendruckkabel
wurden bisher vornehmlich in der 110-kV-Spannungssebene eingesetzt. Bei diesen bleibt
die höchste Übertragungsleistung unterhalb von 150 MVA. Sollte der Wunsch aufkommen,
mit ihnen mehr als 150 MVA zu übertragen, so müßte dazu eine Zwangskühlung eingeführt
oder aber die Spannung angehoben werden. Das Dielektrikum ist aber, wie schon gesagt,
nicht so hochwertig, daß eine erhebliche Steigerung der Spannung möglich ist.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Isolierung der Kabeladern so
zu ertüchtigen, daß höhere Spannungen zugelassen werden können.
[0007] Die Aufgabe wird von einem Gasaußendruckkabel mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst.
[0008] Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß als Tränkmittel für das Dielektrikum
dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß jede Ader einzeln von einein metallenen
Wellmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) umgeben ist, der die Adern hermetisch gegenüber
der Umgebung abschließt. Der Wellmantel wirkt wie eine elastische Membran und überträgt
den Außendruck auf das Innere, so daß Isolieröl und Dielektrikum hydrostatisch vom
Außendruck beaufschlagt werden. Wegen der Dünnflüssigkeit des Isolieröls funktioniert
dieses Kabel auch bei besonders dicken Isolierschichtdicken, wohingegen bei zähflüssigen
Isolierölen mit zunehmender Dicke der Papierisolierung der sichere Betrieb des Kabels
nicht mehr gewährleistet ist.
[0009] Das vorgeschlagene Kabel kann für Spannungen von 400 kV oder mehr eingesetzt werden.
[0010] Das Dielektrikum kann mit herkömmlichen Papieren aufgebaut werden, es können aber
auch Sandwich-Papiere eingesetzt werden.
[0011] Das vorgeschlagene Gasaußendruckkabel hat eine Reihe von Vorteilen, wobei sogar die
Vorteile des Gasaußendruckkabels erhalten bleiben:
- Es werden nur kurzfristig Grabenöffnungen über kleine Strecken benötigt.
- Eventueller Rohrvortrieb ist ohne Grabenöffnung denkbar.
- Ein Kabelaustausch ist auch ohne Grabenöffnung vorstellbar.
- Das Kabel weist durch das dickwandige Außenrohr einen sehr hohen mechanischen Schutz
auf.
- Durch das dickwandige äußere Stahlrohr werden die magnetischen Felder in der Kabelumgebung
auf absolut unbedenkliche Größen herabgesetzt.
[0012] Die vorgeschlagene Konstruktion macht alle thermischen Wechsel mit, ohne daß sich
die Isolationseigenschaft verändert und dies bei elektrischen Feldstärken, wie sie
bei Spannungsebenenen von 400 kV oder mehr vorhanden sind.
[0013] Vom vorgeschlagenen Gasaußendruckkabel geht keine Umweltgefährdung aus, da selbst
dann, wenn ein Druckmantel (vorzugsweise aus Edelstahl) einer Ader leck werden sollte,
das austretende Isolieröl vom Außenrohr aufgefangen wird. Zudem würde in einem solchen
Fall kein Isolieröl aus Vorratstanks nachgespeist, da solche nicht vorhanden sind.
Da Öltanks auf der Strecke nicht benötigt werden, können sie dort auch keine Ölverschmutzungen
hervorrufen.
[0014] Durch den bevorzugten Einsatz von Edelstahlwellrohren werden Ermüdungsrisse gegenüber
solchen bei Bleimänteln zeitlich hinausgeschoben.
[0015] Die induktiven Mantelverluste in den Edelstahlrohren werden kleiner als in den herkömmlichen
Bleimänteln sein, da die Wandstärke geringer als bei Bleimänteln gewählt werden kann.
[0016] Die Wartung geschieht ausschließlich von den Kabelenden her.
[0017] Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels wird jede Ader in ein Wellrohr
gebracht, das auf der Aderoberfläche ganz oder fast ganz aufsitzt und die Wandstärke
so bemessen ist, daß der später außerhalb des Wellrohrs aufgebrachte Gasdruck zu einem
ausreichenden Anteil an das Isolieröl weitergegeben wird. Danach wird die Ader unter
dem Weilmantel getrocknet und getränkt. Im Anschluß daran müssen die Enden des Wellrohrs
so verschlossen werden, daß sie gasdicht sind und sichergestellt ist, daß das Wellrohr
hydrostatisch vollständig gefüllt ist.
[0018] Die so verschlossenen Adern werden vor Ort in druckfeste Stahlrohre eingezogen. Nach
der Montage von Muffen und Endverschlüssen wird der Raum zwischen den drei Wellrohren
und dem äußeren Stahlrohr mit einem trockenen Gas (vornehmlich Stickstoff; SF6 ist
ebenfalls geeignet) gefüllt. Danach wird das Gas unter einen Druck von etwa 1,5 MPa
gesetzt. Bei zweckdienlicher Dimensionierung von Durchmesser und Wandstärke der Wellrohre
reicht dieser Druck aus, um in dem Isolieröl der Kabeladern einen Druck von 0,5 bis
1,0 MPa aufzubauen. Zur Aufrechterhaltung dieses Betriebsdrucks bedarf es also keiner
Ölnachspeisung. Der Gasdruck wird durch Gaseinspeisung an den Kabelenden aufgebracht.
[0019] Bei Kabeln für kleinere Übertragungsleistungen (z.B. 110 kV) kann eine Verseilung
der Adern vorgenommen werden, wobei gegebenenfalls auch Kühlrohre einer Bündelkühlung
mit eingezogen werden können. Für solche Kabel ändert sich der Einziehvorgang in das
Außenrohr nicht gegenüber herkömmlichen Gasaußendruckkabeln. Die Bandage, die in diesem
Fall die verseilten Adern zusammenhält, schützt das Kabel beim Einziehvorgang.
[0020] Bei Kabel für höhere Übertragungsleistungen (z.B. 400 kV) können die Adern nicht
mehr verseilt werden, sie müssen parallel eingezogen werden. Sie dürfen aber nicht
auf dem Metallrohr aufliegen, da sonst ungleiche Beeinflussungen von Kabeladern durch
das Stahlrohr stattfinden würden. Damit muß eine Haltevorrichtung eingeführt werden,
die es ermöglicht, die drei Adern im gleichen Abstand zu der Wandung des Außenrohrs
zu halten. Diese Haltevorrichtung kann mit Rollen versehen werden, so daß sie auch
als Einziehhilfe dienen kann. Bei Verwendung der Rollen müssen die Wellrohre nicht
besonders vor Verletzungen beim Einziehen geschützt werden. Diese Ausführung der Zugbewehrung
muß nach dem Einziehen nicht entfernt werden.
[0021] Natürlich werden große Zugkräfte notwendig sein, um größere Längen von schweren 400-kV-Kabeln
einziehen zu können. Dazu müssen an den verschlossenen Enden der Kabeladern Zugelemente
(Ziehanker) angebracht werden.
[0022] Die Kabelabschnitte werden über Muffen verbunden. Die Muffen benötigen keinen metallenen
Wellmantel, ein glatter starrer Metallmantel genügt, da die Muffe aus dem Kabelbereich
heraus unter Öldruck gehalten wird. Hierzu sind die Muffen geeignet mit dem Kabel
verbunden. Das äußere Stahlrohr wird an diesen Montagestellen nach der Muffenmontage
verschlosssen.
[0023] An den Kabelenden werden Endverschlüsse bekannter Konstruktion eingesetzt.
[0024] Die Erfindung wird in einer Figur dargestellt, die als Querschnitt durch das Gasaußendruckkabel
gezeichnet ist.
[0025] Die Leiter 1 des Kabels sind als Millikenleiter mit Leiterglättung ausgeführt. Die
Isolierung 2 besteht aus mit dünnflüssigem Isolieröl getränkten Papieren. Über der
Isolierung 2 befindet sich die übliche elektrische Abschirmung. Jede Ader 5 ist in
ein Edelstahlwellrohr 4 eingezogen. Die drei Adern 5 sind in eine Armierung 7 eingebunden
und bilden einen Aderverbund 8. Zusätzlich können in die äußeren Aderzwickel Bündelkühlrohre
6 eingezogen sein. Der Aderverbund 8 liegt in einem äußeren Stahlrohr 14, das innen
mit Korrosionsschutz 16 versehen ist. Der Innenraum 9 des Rohrs 14 ist mit Druckgas
gefüllt. Als Einziehhilfe und zur Sicherung eines gleichmäßigen Abstands zum äußeren
Stahlrohr 14 liegen zwischen dem Aderverbund 8 und dem Außenrohr 14 Abstandsrollen
oder Abstandskugeln 10. Die Rollen oder Kugeln sollten aus unmagnetischem Material
bestehen. Die Einziehhilfe ist in der Figur schematisch dargestellt. In einer einfachen
Ausführung können die Rollen oder Kugeln in einer Lagerschale 11 auf dem Aderverbund
befestigt sein. Eine Alternative wäre, Abstandskugeln oder -rollen 10 etwa im Winkelabstand
von 120° auf einem Ring anzuordnen. Der Ring ist dann Träger für die käfigartigen
Lagerschalen, ähnlich wie bei einem Kugellager. Beim Einziehen des Kabels werden in
regelmäßigen Abständen Abstandsrollen zusammen mit dem Kabel in das Stahlrohr eingeführt.
[0026] Die Abmessungen in der Figur können durchaus maßstäblich verstanden werden, wobei
als Grundmaß der äußere Durchmesser des Stahlrohrs mit etwa 360 mm genommen werden
kann. Die Dauerbelastbarkeit eines solchen Kabels (Leiterquerschnitt etwa 1600 mm
2) kann 700 MVA erreichen.
1. Gasaußendruckkabel mit mindestens einer Ader, deren Leiter (1) von einem geschichteten
Dielektrikum (2) umgeben ist, welches mit einem Tränkmittel imprägniert ist, wobei
die Ader mit einem metallenen Druckmantel (4) umgeben ist und die Adern insgesamt
in einem druckfesten Rohr (14) untergebracht sind, in dem ständig ein Druck größer
als 1 MPa durch Gas aufrecht erhalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der metallene Druckmantel (4) für jede Ader (5) als Wellmantel ausgebildet ist,
der innerhalb des druckfesten Rohres (14) hermetisch verschlossen ist,
daß als Tränkmittel dünnflüssiges Isolieröl eingesetzt wird und daß Durchmesser und
Wandstärke des Druckmantels (4) so gewählt sind, daß der Druck innerhalb des Druckmantels
(4) hydrostatisch vom Gasaußendruck abhängig ist.
2. Gasaußendruckkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) aus Edelstahl ausgebildet ist.
3. Gasaußendruckkabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum (2) Papier oder Sandwichpapier eingesetzt ist.
4. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (5) miteinander verseilt sind.
5. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (5) oder der Aderverbund (8) mit einer Einziehbandage (10) umgeben
sind.
6. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aderverbund (8) oder die Adern (5) mit einer Vorrichtung (10) zur Fixierung
eines festen Abstands zum druckfesten Rohr (14) umgeben sind.
7. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den Adern (5) oder dem Aderverbund (8) Bündelkühlrohre (6) im druckfesten
Rohr (14) liegen.
8. Gasaußendruckkabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelkühlrohre (6) zusammen mit den Adern (5) von einer Armierung (7) zusammengehalten
werden.
9. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Adern (5) zur Befestigung von Ziehwerkzeugen ausgebildet sind.
10. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) für jede Ader (5) so mit den Muffen des Kabels verbunden
ist, daß sich der Druckraum auch auf die Muffen erstreckt.