166294. lajstromszámú szabadalom • Villamos erőátviteli kábel

3 166294 4 jes kábel méretezésénél a kritikus kábelszakaszt jelenti. Annak érdekében, hogy a kábel mentén fellépő környezetváltozásból adódó rossz hatásfokot megjavítsák, már javasolták, hogy a kábel áramvezetőjének keresztmetszetét két különböző keresztmetszetű áramvezetővel ellátott kábelrész speciális kábelkötéssel történő összekötésével változtassák. A megoldás általában munkaigényes és költséges, különösen olajkábelek esetén. Ezek a speciális kábelösszekötő elemek általában műszaki és villamos okok miatt különösen tenger alatti kábelek esetén nem kívánatosak. Bármennyire is gondosan méretezik és szerelik az ilyen kábelösszekötő elemeket, a kábel dielektromos állandója az összekötés helyén vagy közelében sok esetben kisebb lesz, mint a kábel többi részénél. Továbbá az összekötés helyén szükséges vastagabb szigetelő réteg következtében az áramvezető az összekötés belsejében jobban felmelegedhet, mint a kábel többi részén. Annak érdekében, hogy a lehető legkedvezőbb erőátviteli kábelt kapjuk, a kábelt úgy kell méretezni, hogy a kábel szigetelésének üzemi hőmérséklete a kábel egész hosszában a maximális megengedhető hőmérsékletérték alatt legyen. Célszerű lehet azonban, hogy az összekötések helyén csak valamivel kisebb hőmérsékletet engedjünk meg. A szigetelt kábelek áramvezetőjének anyaga a múltban általában réz volt jó villamos vezetőképessége miatt. Az utóbbi években azonban a nagy költségek miatt az olcsóbb alumínium került előtérbe annak ellenére, hogy vezetőképessége a réz vezetőképességének csupán 60%-a. Azonban néhány fajta alkalmazásban, mint például a nagyfeszültségű kábelek esetén, a rézről az alumíniumra történő átállás még lassú volt. Ennek oka elsősorban az alumínium néhány, a réznél kedvezőtlenebb tulajdonsága, így pl. a nagy hőtágulási együttható és az áramvezetők összekötésének bonyolultabb módszere. A közvetlenül beásott föld alatti kábeleknél a nagyobb hőtágulás nem annyira kedvezőtlen, mivel a beásott kábel erősen rögzítve van, úgy hogy a terheléskor fellépő hő hatására nem jön létre hosszanti vagy keresztirányú mozgás. A víz alatti kábeleknél is csekély ez a hátrány, mivel a kábelnek a vízbe merülő része a víz jó hűtő hatása következtében igen kevéssé melegszik fel, és a kábel parti végei is általában követlenül földbe vannak beásva. Azoknál a kábeleknél, amelyeket kábelcsatornában vezetnek a feltételek teljesen mások, és a kábel felmelegedés, illetve lehűlés hatására a kábelcsatornában hosszirányban mozogni tud. A tágulás kiegyenlítésére általában föld alatti kamrákat vagy kábelaknákat kell létesíteni minden egyes összekötési pontnál, ahol a kábel a kábelkötés mindkét oldalán U-alakban meg van hajlítva. Ezt a megoldást használják sok év óta rézvezetőjű kábeleknél, és sikerült olyan módszert is találni két rézvezető összekötésére, amely ellenáll a fellépő ismétlődő hajlí tásnak és feszítésnek. Az általában használt módszer szerint két rézvezető összekötésére rézhüvelyt használnak, amit a vezető köré tesznek és hidraulikus préssel összenyomnak. A hüvely így a vezetőknek megfelelő szilárdságot biztosít az ismétlődő hajlítások elviselésére. Ez az áramvezető összekötési eljárás alumínium áramvezetőknél kevésbé bizonyult megbízhatónak az alumínium hüvely kisebb húzószilárdsága és az alumínium már előbb említett nagyobb hőtágulási tényezője miatt. Ezért nagyfeszültségű kábelek alumínium vezetőinek összekötésére általában hegesztést vagy forrasztást alkalmaznak. Ez az eljárás a közvetlenül beásott föld alatti 5 kábelek esetén teljesen megfelelőnek bizonyult, azonban az alumíniumnak a hegesztés helyén történő meglágyulása miatt a kábelcsatornában vezetett kábeleknél kevésbé megfelelő. Olyan kábelnél, melynek áramvezető része félkemény vagy háromnegyed keménységű alumí-10 nium huzalból van sodorva, az összekötésnél levő lágyabb rész a kábel gyenge pontja lesz, ha a fentebb leírt kritikus hajlítások fellépnek. A találmánnyal célunk olyan villamos erőátviteli kábel kidolgozása, amely mentes a hagyományos mére-15 tezési eljárásból fakadó túlméretezéstől, és amely nem tartalmaz nem kívánatos kábelösszekötéseket. A túlméretezési problémát a találmány szerint a kábel áramvezetője villamos ellenállásának a kábelút menti hőelvezetési képességgel összhangban történő változtatásával 20 oldjuk meg. A környezet hőelvezetési képességét a kábel tervezett útja mentén meg kell mérni, vagy meg kell becsülni még a tervezési időszakban, hogy a kábel minden részének optimális kihasználása érdekében meg lehessen határozni a különböző kábelrészeken használandó 25 áramvezető ellenállásának nagyságát. További tárgya a találmánynak az olyan erőátviteli kábel, amelynek áramvezetője részben vagy egészben alumíniumból van és amely úgy van méretezve, hogy az egymás után következő kábelszakaszok összekötésénél 30 fellépő hőmérséklet a lehető legkisebb legyen. Ezt azáltal érjük el, hogy az egyes kábelszakaszok végeinél az áramvezetőt alumíniumból fokozatosan rézzé változtatjuk át. A találmány szerinti megoldásnál a kábel áramvezetője oly módon van méretezve, hogy az áramvezető egy-35 ségnyi hosszra eső villamos ellenállása a kábel bármely szakaszán a kívánt vezető hőmérsékletnek megfelelően van megválasztva. Az áramvezető villamos ellenállásának változtatását az egyik vezető anyagról a másik vezető anyagra történő részleges vagy teljes átváltással ér-40 jük el. A vezető anyagok előnyösen alumínium és réz, és az áramvezető villamos ellenállásának változtatásakor az áramvezető és a kábel geometriai méretei nem változnak. A találmány szerint méretezett erőátviteli kábelnél az 45 áramvezető hőmérséklete a kábelösszekötésekben sokkal alacsonyabb, mint a kábel egyéb részein. Ez azt eredményezi, hogy a szigetelés az összekötésben vagy annak közelében kisebb hőmérsékleten van, mint a kábel többi részein. A legtöbb esetben ez kisebb dielektromos veszte-50 séget jelent. További előnye a találmány szerinti megoldásnak, hogy a kábel szakaszok összekötése egyszerűbb lett, mivel könnyebb összekötni két rézvezetőt, mint két alumíniumból levő vezetőt. A találmány szerinti erőátviteli kábel további jellem-55 zője, hogy azokon a helyeken, ahol a kábel mentén a környezet hőelvezetőképessége változik, a kábel áramvezetőjének villamos ellenállását a kábel áramvezető anyagának változtatásával a hőelvezetőképesség változásával együtt változtatjuk, miközben a kábel geometriai 60 méretei egész végig állandóak maradnak. A találmány szerinti erőátviteli kábel használata esetén a kábel minden egyes részénél optimális áramvezetői tulajdonságokat lehet elérni anélkül, hogy különböző méretű kábeldarabokat és speciális kábelösszekötő ele-65 meket kellene alkalmazni. 2