Gasaussendruckkabel

Beschreibung

[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 dem 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 einem 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 Wellmantel 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 mm²) kann 700 MVA erreichen.

Ansprüche

1. Gasaußendruckkabel mit mindestens einer Ader, deren Leiter (1) von einem geschichteten Dielektrikum (2) umgeben ist, welches mit einem Tränkmittel imprägniert ist, wobei die mindestens eine Ader mit einem metallenen Druckmantel (4) umgeben ist und die Adern insgesamt als Aderverbund (8) 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 falls die Adern mehrzahlig sind 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 umgeben sind.

6. Gasaußendruckkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aderverbund (8) oder die Adern (5) mit einer Vorrichtung (10, 11) 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.

Claims

1. An external gas-pressure cable with at least one core, the conductor (1) of which is surrounded by a laminated dielectric (2) impregnated with an impregnating agent, wherein the at least one core is surrounded by a metal pressure sheath (4) and the cores are all as a core assembly (8) housed together in a pressure-resistant pipe (14), in which a pressure greater than 1 MPa is permanently maintained by gas, characterised in that the metal pressure sheath (4) for each core (5) is formed as a corrugated sheath hermetically sealed inside the pressure-resistant pipe (14), in that highly fluid insulating oil is used as an impregnating agent, and in that the diameter and wall thickness of the pressure sheath (4) are selected so that the pressure inside the pressure sheath (4) is hydrostatically dependent upon the external gas pressure.

2. An external gas-pressure cable according to claim 1, characterised in that the pressure sheath (4) comprises stainless steel.

3. An external gas-pressure cable according to either one of claims 1 and 2, characterised in that paper or sandwich paper is used as a dielectric (2).

4. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims, characterised in that if the cores are multiple the cores (5) are stranded together.

5. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims, characterised in that the cores (5) or the core assembly (8) are surrounded by a draw-in binding band.

6. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims, characterised in that the core assembly (8) or the cores (5) are surrounded by a device (10, 11) for maintaining a fixed distance from the pressure-resistant pipe (14).

7. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims,
characterised in that bunched cooling pipes (6) are arranged in the pressure-resistant pipe (14) together with the cores (5) or the core assembly (8).

8. An external gas-pressure cable according to claim 7, characterised in that the bunched cooling pipes (6) and the cores (5) are held together by armouring (7).

9. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims, characterised in that the ends of the cores (5) are formed for the attachment of drawing tools.

10. An external gas-pressure cable according to any one of the preceding claims, characterised in that the pressure sheath (4) for each core (5) is connected to the sleeves of the cable so that the pressure chamber also extends to the sleeves.

Revendications

1. Câble à pression de gaz externe comportant au moins un brin, dont le conducteur (1) est entouré par un diélectrique en couches (2) qui est imprégné avec un fluide d'imprégnation, au moins l'un brin étant entouré par une enveloppe de pression métallique (4) et les brins étant logés dans l'ensemble comme un composite de brins (8) dans un tube (14) résistant à la pression, dans lequel une pression supérieure à 1 MPa est maintenue constamment au moyen d'un gaz, caractérisé en ce que l'enveloppe de pression métallique (4) pour chaque brin (5) est réalisée sous forme d'enveloppe ondulée qui est refermée hermétiquement à l'intérieur du tube (14) résistant à la pression, en ce que de l'huile d'isolation hautement fluide est utilisée à titre de fluide d'imprégnation, et en ce que le diamètre et l'épaisseur de paroi de l'enveloppe de pression (4) sont choisis de telle sorte que la pression à l'intérieur de l'enveloppe de pression (4) dépend de façon hydrostatique de la pression de gaz externe

2. Câble à pression de gaz externe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe de pression (4) est réalisée en acier inoxydable.

3. Câble à pression de gaz externe selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que du papier ou du papier sandwich est utilisé à titre de diélectrique (2).

4. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que si les brins (5) sont plus nombreux ils sont toronnés les uns avec les autres.

5. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les brins (5) ou le composite de brins (8) sont entourés par un bandage d'insertion.

6. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composite de brins (8) ou les brins (5) sont entourés par un dispositif (10, 11) pour imposer une distance fixe par rapport au tube (14) résistant à la pression.

7. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des tubes de refroidissement de faisceau (6) sont posés conjointement avec les brins (5) ou avec le composite de brins (8) dans le tube (14) résistant à la pression.

8. Câble à pression de gaz externe selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes de refroidissement de faisceau (6) sont maintenus assemblés avec les brins (5) par une armature (7).

9. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des brins (5) sont réalisées pour fixer des outils de tirage.

10. Câble à pression de gaz externe selon l'une des revendications précédentes, caractériser en ce que l'enveloppe de pression (4) pour chaque brin (5) est reliée aux manchons du câble de telle sorte que la zone de pression s'étend également sur les manchons.

Zeichnung