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Thermodynamisches Verhalten von 110-kV-Kabelsystemen bei sinusförmiger sowie geradliniger Verlegung: Grenzen und Verlegungsansätze

Thermodynamic behaviour of sinusoidal or straight laid 110 kV cable systems: limits and approaches

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e & i Elektrotechnik und Informationstechnik Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Das thermodynamische Verhalten von Kabelsystemen wird von den wirksamen thermischen Längenänderungen ΔΔl L , d.h. von der Differenz der thermischen Längenänderungen der Leiter Δl L und jener des Tragsystems Δl T geprägt. Am Anlassfall der in der Floridsdorfer Brücke typgleichen, aber unterschiedlich verlegten 110-kV-VPE-Kabelsysteme mit Kupferleitern, die in Flachlage auf metallenen Tragsystemen angeordnet sind, werden die Reaktionen der sinusförmigen sowie der geradlinigen Verlegung analysiert, Grenzen und Verlegungsansätze abgeleitet und im Vergleich dargestellt. Ergänzend werden auch die Auswirkungen anderer Leiterquerschnitte, Leiterwerkstoffe und Tragsystemwerkstoffe betrachtet. Schließlich ist auch der Lösungsansatz zur Beherrschung der thermischen Längenänderungen der Kabelsysteme im Abschnitt der Brückendehnfuge skizziert.

Abstract

It is the effective thermal expansion ΔΔl L , i.e. the difference between the thermal expansion of the conductor Δl L and that of the cable support system Δl T , the thermodynamic behaviour of cable systems depends on. As an example two 110 kV VPE cable systems with copper conductors through the Floridsdorfer Brücke are investigated. The cables are of the same type and arranged in flat formation on metallic cable support systems, however, are laid differently. The reactions of sinusoidal as well as straight cable laying are analyzed and limits and approaches for the laying are deduced with the results given in comparison. In addition the consequences of different conductor cross sections, conductor materials as well as support system materials are considered. Finally, the approach for handling the thermal expansion of the cable systems in the section of the expansion joint is outlined.

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Notes

  1. Legende zum Koordinatensystem:

    • x, x m – Koordinate in Richtung der Kabelsystemachse

      x=0 bei (virtuellen) Systemfestpunkten.

      x m =0 in Periodenmitte zwischen (virtuellen) Systemfestpunkten

    • y – Koordinate in horizontaler Richtung quer zur Kabelsystemachse

    • z – Koordinate in vertikaler Richtung quer zur Kabelsystemachse

  2. Kabelmantel und Isolierung folgen im Allgemeinen unabhängig von den zum Kabelmantel hin niedrigeren Temperaturänderungen praktisch rückwirkungsfrei den Längenänderungen der Leiter, weil die werkstoff- und strukturbedingten Festigkeiten dieser Schichten deutlich geringer als die Festigkeit der Leiter sind.

  3. Horizontales Ausknicken eines bandagierten Kabelsystems in Flachlage ist wegen des hohen axialen Flächenträgheitsmoments um die vertikale Achse eher unwahrscheinlich.

  4. Die Verlustleistungsabgabe durch Konvektion und Strahlung erfolgt über die wirksamen, d.h. über die frei liegenden und nicht durch etwa benachbarte Kabeln abgedeckten Anteile der Kabeloberfläche, demnach ist die Verlustleistungsabgabe gebündelt angeordneter Kabel weniger wirksam als jene bei mit Zwischenraum in einer Ebene angeordneter Kabel.

  5. Abstände im Ausgangszustand.

  6. Der thermisch zulässige Betriebsstrom wird ungeachtet der betrachteten Kabelanordnung in Flachlage unverändert mit dem Wert unter Referenzbedingungen von I r =996 A beibehalten, weil in Betracht gezogen wird, dass über den gesamten Trassenverlauf des Kabelsystems (über den Brückenbereich hinaus) auch Abschnitte vorkommen können, für die die Referenzbedingungen zutreffen.

  7. Unter Thermal-Rating-Betrieb versteht man den an die Umgebungsbedingungen angepassten Betrieb unter Ausnützung der im ungestörten Betrieb maximal zulässigen Leitertemperatur. Dies erlaubt Betriebsströme über dem thermisch zulässigen Betriebsstrom unter Referenzbedingungen und damit höhere Ausnützung von Kabelsystemen bei günstigen Umgebungstemperaturen etwa im temporären Überlastbetrieb oder Engpassbetrieb.

  8. Das Finite-Element-Querschnittsmodell wurde mit der FE-Software QuickFieldTM Professional, field simulation software, Tera Analyses Ltd, Version 6.0, 2013, www.quickfield.com entwickelt.

  9. Auf Grund der geringen Krümmungen der Kabel ist angenommen, dass die Krümmungsänderungen rein elastisch erfolgen.

  10. Ermittelt aus dem Momentengleichgewicht des halben ausgeknickten Kabels um den Scheitelpunkt x 1=0.

  11. Ermittelt aus dem Verlauf der Biegelinie an der Stelle x 1=0 und dem Zusammenhang von Biegelinie und Biegemoment.

    $$ z_{1 ( x_1 = 0 )}^{\prime\prime} = - \frac{h_{1}}{2} \cdot \biggl( \frac{2\pi}{\Delta l_{1}} \biggr)^{2} = - \frac{1}{\mathit{EJ}_{K}} \cdot F_{Lax} \cdot \frac{h_{1}}{2}. $$
    (22)

  12. Die Änderungen der Erdbodentemperatur sind in der typischen Legetiefe in Erde verlegter Kabelsysteme jahreszeitlich bereits so niedrig, so dass über den gesamten betrachteten Umgebungstemperaturbereich von −20 °C bis 35 °C keine signifikanten Längenänderungen im Erdboden auftreten und die Wärmedehnzahl für den Erdboden daher mit α thE ∼0×10−6 m/Km angenommen werden kann.

  13. Brückenkorpuswerkstoff Eisen, d.h. α thB =α thT , l B =240 m.

Literatur

  1. Grote, K.-H., Feldhusen, J. (Hrsg.) (2007): Festigkeitslehre (Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau). 22. Aufl. Berlin: Springer. C20 Tab. 4b.

    Google Scholar 

  2. Arkell, C. A., Arnaud, U. C., Skipper, D. J. (1974): The thermo-mechanical design of high power, self-contained cable systems. In CIGRE 1974 (S. 21-05).

    Google Scholar 

  3. Tarnowski, J., et al. (1994): Thermomechanical modelling of extruded insulation HV cables in ducts. In CIGRE 1994 (S. 21–101).

    Google Scholar 

  4. Zenger, W., et al. (2006): Thermo-mechanical design of XLPE insulated HV and EHV cables installed in duct-manhole and pipe systems. In CIGRE 2006 (S. B1–111).

    Google Scholar 

  5. Heinhold, L., Stubbe, R. (1999): Thermische Kurzschlussbelastbarkeit (Kabel und Leitungen für Starkstrom). 5. Aufl. München: Publicis MCD. 383 (19.45).

    Google Scholar 

  6. Kesselring, F. (1968): Kennwerte Leitende Werkstoffe (Theoretische Grundlagen zur Berechnung der Schaltgeräte). 4. Aufl. Berlin: Sammlung Göschen. 711/711a/711b: Tafel 4.

    Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Innovation Consult, Technische Beratung in der Produkt- und Systementwicklung der Elektrischen Energietechnik, Dr. Kühnegasse 14, 1230, Wien, Österreich

    Hansjörg Hauer

  2. Wienernetze, Erdbergerstraße 236, 1030, Wien, Österreich

    Heinz Stotz & Kurt Gähler

Authors
  1. Hansjörg Hauer
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  2. Heinz Stotz
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  3. Kurt Gähler
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Hauer, H., Stotz, H. & Gähler, K. Thermodynamisches Verhalten von 110-kV-Kabelsystemen bei sinusförmiger sowie geradliniger Verlegung: Grenzen und Verlegungsansätze. Elektrotech. Inftech. 131, 262–277 (2014). https://doi.org/10.1007/s00502-014-0266-1

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