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Gleichstromkabelsystem von drei parallel verlaufenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln
mit innerer Wasserkühlung Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleichstromkabelsystem
aus einem oder mehreren Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit innerer
Wasserkühlung, deren vom Kültlmittel durchflossene Leiter an ihrem Anfang und Ende
an Külstationen mit Umwälzpumpen angeschlossen sind.
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Normalerweise werden bei einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertagung
zwei Adern benutzt, um keinen Strom Uber Erde führen
zu müssen.
erden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit innerer Ixrasserkunlung für
diese Übertragung vorgesehen, dann ist der Einsatz von zwei Kabeln auch wegen der
Wasserrückführung sehr günstig, da das Wasser in dem zweiten Kabel zurückgepumpt
werden kann. In diesem Fall entfällt ein getrenntes Wasserrückluhrungsrohr. Fällt
bei dem Einsatz von zwei Hochspannungs-Glei chstroIn-Übertragungskabeln im Störungsfall
eins aus, so ist das Aufrechterhalten des übertragungsbetriebs nicht mehr möglich,
da mit dem Ausfall eines Übertragungskabels auch die Wasserrückleitung ausfallen
wUrde. Ein getrenntes WasserrtickfUhrungsrohr würde zwar in diesem Fall noch den
Betrieb eines Übertragungskabels ermöglichen, der Rückstrom müsste aber über Erde
fließen, was bei den sehr hohen Stromstärken der angesprochenen Übertragungskabel
nicht günstig ist.
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Die bei einem derartigen Kabel system verwendeten Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungskabel
können beispielsweise eine äussere thermische Isolation aufweisen. Durch diese Isolation
wird erreicht, daß in der elektrischen Isolierung im stationären Betriebs fall längs
des Radius eine konstante Temperaturverteilung eintritt, wodurch die Feldstärke
unabhängig von der Belastung wird und ihr radialer Verlauf vom Leiter zum Mantel
umgekehrt proportional dem Radius des Kabels ist, wenn kein Feldstarkeeinfluß auf
die Leitfähigkeit der elektrischen Isolierung vorliegt. Im übrigen ist die Feldstärke
bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln mit Papierisolierung abhängig von
der Temperatur und zwar derart, daß sie mit wachsender Temperatur abnimmt. Für den
Fall, daß eine rasche liastverringerung oder sogar ein Lastabwurf am Ende eines
Hochspannungs-Gleichstrom-Ubertragungskabels auftritt, ergäbe sich eine plötzliche
Abkühlung des Leiters, ohne daß auch die elektrische Isolierung ebenfalls so schnell
abkühlen würde, so daß sich eine plötzliche erhebliche Feldstärkeerhöhung am Leiter
ergeben wUrde. Einer derartigen Feldstarkeerhöhung am
Leiter ist
jedoch die elektrische Isolierung nicht gewachsen, wenn ihre Abmessung in wirtschaftlichen
Grenzen gehalten werden soll, so daß Durchschläge die Folge wären.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorbeschriebenen
Kabel systeme zu vermeiden und ein Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabelsystem
zu schaffen, das im Störungsfall die volle Aufrechterhaltung des Übertragungsbetriebs
ermöglicht und starke Feldstärkeerhöhungen am Leiter des Xochspannungs-Gleichstrom-Übertragllngskabels
bei rascher Belastungsverringerung, z.B. bei Lastabwurf, vermeidet. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß drei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel
parallel verlegt sind, und daß mindestens das den Wasserhintransport übernehmende
Übertragungskabel den vollen Strom Uberträgt. In diesem Fall bieten sich zwei mögliche
Betriebsarten an, die beide im Störungsfall eines Übertragungskabels die volle Übertragungsleistung
weiterhin aufrecht erhalten können. Eine zweckmäßige Übertragungsmöglichkeit ist
nun darin zu sehen, daß der asserrücktransport'und der volle Strom Uber ein zweites
Übertragungskabel erfolgt und das dritte Übertragungskabel als Reserveader dient.
In diesem Fall ist es bei Ausfall eines stromführenden Übertragungskabels möglich
jederzeit eine Umschaltung auf die Reserveader vorzunehmen, wobei diese nicht nur
die Stromführung sondern auch die Wasserleitung übernehmen kann.
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Die andere zweckmäßige Betriebsart besteht darin, daß die beiden anderen
Übertragungskabel jeweils nur den halben Strom und den halben Wasserrücktransport
Ubernehmen. Diese Betriebsart hat den Vorteil, daß die insgesamt anfallenden Stromwärmeverluste
wesentlich geringer sind; denn gegenüber dem Zweikabelbetrieb mit einer IsYarmeverlustleistung
von Pv2 - RT2 + RI2 = 2 RI2
ergibt sich bei dem Drei-Kabelbetrieb
bei dem zwei Ubertragungskabel jeweils den halben Strom und den halben Wasserrücktransport
übernehmen, wobei sich eine Wärmeverlustleistung von = = R12 + RT2 / 4 + RI2/ 4
= 1,5 RI2 ergibt.
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Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Kühlmitteikreislauf
derart regelbar ist, daß bei Belastungsverringerung die Leitertemperatur nur einer
allmählichen Abnahme unterliegt, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen Leiter
und Mantel des Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabels kleingehalten wird.
Durch diese Regelbarkeit des Kühlmittelkreislaufs erfolgt praktisch eine Feldstärkesteuerung,
so daß Feldstärkeerhöhungen am Leiter nur in geringem Maße auftreten können, denn
indem bei Belastungsverringerung oder Lastabwurf die Kühlung des Kühlmittels ebenfalls
verringert oder sogar eingestellt wird, bleibt der Leiter auf einer höheren Temperatur,
als dies bei gleichbleibender Kühlleistung der Fall wäre, so daß die Temperaturdifferenz
zwischen dem Leiter und dem Mantel kleingehalten wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn zur
Regelung der Leitertemperatur die Umwälzpumpen regelbar sind und/oder in den einzelnen
Leiter gleichmäßig verteilt pro Leiter eine oder mehrere regelbare KUhlwasserzwischenpumpen
eingeschaltet sind. Damit kann durch Veränderung der Pumpengeschwindigkeit, die
Förderleistung der Pumpen und somit der KUhlmitte'ldurchfluß durch die Kühlstationen
verringert werden, wodurch eine weniger starke Kühlung des Kühlmittels erreicht
wird. Im extremen Fall, das heißt bei Lastabwurf, könnte sogar eine Regelung dahin
erfolgen, daß die Umwälz-und die Zwischenpumpen ausgeschaltet werden. Durch das
Einschalten zusätzlicher Zwischenpumpen in das Ubertragungssystern, kann die abfwhrbare
Verlustleistung pro Kabel vergrößert
und damit auch die Übertragungsleistung
des gesamten Kabelsystems angehoben werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Leitertemperatur zu regeln, besteht
zweckmäßigerweise darin, die Kühlstationen in ihrer Kühlleitung regelbar auszuführen.
Inwieweit es zweckmäßig ist, die vorstehenden Möglichkeiten zur Regelung der Leitertemperatur
allein oder in Kombination anzuwenden, hängt davon ab, mit welcher Genauigkeit die
Regelung der Lettertemperatur erfolgen soll.
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Anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung näher erläutert. Das erfindungsgemäße Ubertragungssystem 1 besteht
aus drei einzelnen, parallel verlaufenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln
2, 3,4 mit vom Kühlmittel, z.B. Wasser durchflossenen Leitern. Der Durchmesser des
Kühlmittelkanals sollte zweckmäßigerweise 70 mm betragen und die Wandstärke des
beispielsweise aus Aluminium bestehenden elektrischen Leiters betrugt vorteilhafterweise
15 mm und der Leiterquerschnitt beträgt wenigstens 3200 mm2. Der Kühlmittelkanal
der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel besteht beispielsweise aus einem
korrosionsfesten material wie Stahl oder Titan.
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Von den drei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabeln 2, 3, 4
dient beispielsweise das Übertragungskabel 2 als elektrische Hinleitung, das heißt
zum Verbraucher hinführende Leitung, weiterhin übernimmt dieses Übertragungskabel
den gesamten VJasserhintransport. Die beiden anderen Übertragungskabel 3J 4 sind
parallel geschaltet, so daß über sie nur der halbe Strom und der halbe Wasserrücktransport
erfolgt. Am Anfang und am Ende der Ubertragungskabel2, 3, 4 ist jeweils eine für
diese gemeinsame Kühlstation 5 mit Umwalzpumpen 6 vorgesehen, so daß das Kühlmittel
durch das Ubertragungskabel 2 hin- und durch die beiden anderen Übertrægungskabel
3, 4 zurückflieBt. Zwischen den Kühlstationen 5, deren Abstand voneinander
zweckmäßigerweise
über 10 km beträgt, sind im dargestellten Beispiel pro Kabel noch zwei Zwischenpumpen
7 eingezeichnet, dabei ist diese Anzahl im vorliegenden Beispiel frei gewählt, da
dies sich im speziellen Fall aus dem Verhältnis der Gesamtkosten zu der Summe aus
den Investitionskosten für die Kühlstationen 5 und den Verlustkosten des gesamten
Kabelsystems ergibt. Die Zwischenpumpen 7 sind derart in ihrer Leistung ausgelegt,
daß jede den Druck der Kabelader auf die Höhe hinaufdrücken kann, der hinter der
ersten Zwischenpumpe herrscht. Die eingezeichneten Umwälz- und Zwischenpumpen 6,
7 sind so regelbar, daß die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Durchflußmenge
des KUhlmittels durch die Kühlstationen 5 regelbar ist. Die Regelung der Pumpen
6, 7 erfolgt nun derart, daß bei Lastverringerung bzw. bei Lastabwurf die Differenz
der Leitertemperatur und der Manteltemperatur gemessen wird und eine Regelung der
Durchflußmenge des KUhimittels durch die Kühlstationen derart erfolgt, daß die Durchflußmenge
verringert wird, sobald die Leitertemperatur gegenüber der Temperatur des Mantels
abfällt bzw. einen bestimmten Wert unterschreitet, bei dem noch eine zulässige Feldstärkeerhöhung
am Leiter auftritt.
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Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungskabel 2, 3, 4 weisen jeweils
an ihrem Anfang und an ihrem Ende einen Spannungsendverschluß 8 auf und sind dahinter
an Sammelschienen o angeschlossen. Die Übertragungskabel 2, 3, 4 sind Uber Schalter
10 mit den Sammelschienen derart schaltbar, daß sie im Störungsfall jederzeit ab-
ud zugeschaltet werden können, so daß ein reibungsloser Übergang beispielsweise
vom Dreier-Kabelbetrieb auf den Zweier-Kabelbetrieb möglich ist. Um ebenfalls den
KUhlmittelfluß dem jeweiligen elektrischen Übertragungsbetrieb anpassen zu können,
sind innerhalb des KUhlmittelkreislaufs Ventile 11, 12, 13 vorgesehen, mit denen
der KUhlmittelfluß durch die einzelnen Übertragungskabel 2, 3, 4 und durch die KUhistationen
5 abgesperrt werden kann. Zwischen den Sammelschienen 9 und den Kuhlstationen 5
sind jeweils am Ende jedes Ubertrag'jngs1cbels WasserenderschlUsse 14 angeordnet,
mit
deren Hilfe das Hochspannungspotential des Kilhlmittels auf Erdpotential abgebaut
wird. Durch diese Maßnahme befinden sich die Külmittelstatiollen 5 ebenfalls auf
Erdpotential.