DE19964341B4 - Verfüllmaterial und Verfahren zur Verlegung von Erdstromkabeln - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung werden Erdstarkstromkabel in graphithaltiges Verfüllmaterial eingebettet, um einen stärkeren Wärmeabfluß herbeizuführen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfüllmaterial und Verfahren zur Verlegung von Erdstromkabeln.
- Unterirdisch verlegte Starkstromkabel sind in der Regel u.a. von einer dicken PVC-Isolierung umgeben und liegen in einem Sandbett. Zudem können ein oder mehrere Kabel in einem Schutzrohr verlegt sein. Hohe Stromstärken führen zu starken Wärmebelastungen des Kabels.
- Die Verlegung von Kabeln in einem Rohrgraben mit Verfüllmaterial aus Kunststoffmaterial ist aus der
DE2737873A1 bekannt. Dort wird mit einer gezielten Wasserkühlung der Wärmebelastung des Kabels entgegen gewirkt. Ein ähnliches System ist in derUS2066323 vorgesehen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmebelastung von Erdstromkabeln zu verringern.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfüllmaterial mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
- Dabei findet eine Verlegung in einem Verfüllmaterial mit einem Anteil von Graphit statt. Durch den Einsatz von Graphit als Bestandteil des Verfüllmaterials wird dessen Wärmeleitfähigkeit erhöht und dadurch die Wärmeabgabe in das umgebende Erdreich gesteigert. Die Kabel werden in einem Bett von Verfüllmaterial verlegt. Schutzrohre für die Kabel können mit dem Material gefüllt sein.
- Im übrigen besteht das Verfüllmaterial aus einer Mischung aus Wasser, Ton oder tonhaltigem Material ( z.B. Bentonit), hydraulischem Bindemittel ( z.B. Zement, Kalk) und Quarzsand. Die Bestandteile Wasser, Ton und hydraulisches Bindemittel bilden das eigentliche Bindemittelsystem; die Zusammensetzung dieser Mischung bewirkt im abgebundenen Zustand im wesentlichen eine mechanische und chemische Resistenz des Verfüllmaterials. Der Quarzsand dient als Füllstoff zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Gesamtmischung. Die Sandkörnchen werden nach dem Abbinden der Bindemittelmischung (Wasser, Bentonit, Zement) mehr oder weniger von dem Bindemittel eingehüllt. Durch leichte Schrumpfung des Bindemittels beim Aushärteprozeß und unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Bindemittel und Quarzsand ist eine vollständige Anlagerung des Bindemittels an die Oberfläche des Sandkorns nicht immer gegeben. Es treten damit thermische Kontaktwiderstände an den Grenzen zwischen Kornoberfläche und Bindemittel auf.
- Quarzsand besitzt eine Festkörperwärmeleitfähigkeit von etwa 1,5 W/(mK); das abgebundene Verfüllmaterial hat jedoch wegen der oben genannten Probleme bei der thermischen Ankopplung von Bindemittel und Sand, sowie wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit der bindenden Komponenten Bentonit und Zement eine effektive Gesamtwärmeleitfähigkeit von etwa nur 1 W/(mK). Diese relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit vermindert die Leistungsfähigkeit der Erdwärmeleiteung, d.h. die Fähigkeit große Wärmeleistungen zu übertragen.
- Durch die Zumischung von Graphit wird die Wärmeleitung erhöht.
- Graphit besitzt in reiner Form eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 170 W/(mK). Der Quarzsand im Verfüllmaterial kann zum Teil oder vollständig durch Graphitpulver ersetzt werden. Um die mechanischen Eigenschaften des Verfüllmaterials nicht zu verändern, kommt bevorzugt Graphitpulver bzw. Graphitgranulat zum Einsatz, deren Partikelgröße etwa 0,1 bis 1mm beträgt. Das entspricht in etwa der Korngröße des üblicherweise verwendeten Sandes. Graphitpulver in grober Fraktion ist auch billiger erhältlich als feinkörniges Graphit. Um ggfs. eine besonders homogene Verfüllmaterialmischung zu erreichen, insbesondere wenn auf eine Zumischung von Sand verzichtet werden soll, können Graphitpulver mit Partikelgröße zwischen 0,001 und 0,1 mm verwendet werden.
- Um eine noch besser thermische Anbindung der Graphitpartikel an das umgebende Bindemittelmaterial zu gewährleisten, wird vorzugsweise Blähgraphit verwendet. Blähgraphit besitzt zwar durch die offenporige Schaumartige Struktur eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das massive Graphitkorn, verbindet sich aber aufgrund seiner elastischen Eigenschaften und seiner Oberflächenstruktur inniger mit dem umgebenden Bindemittel.
- Das Bindemittel dringt zum Teil in das Blähgraphitteilchen ein; die elastischen Eigenschaften des Blähgraphits kompensieren das Problem der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Bindemittel und Graphitteilchen und reduzieren damit den Effekt der thermischen Kontaktwiderstände an den Korngrenzen.
- Die typische Zusammensetzung des Verfüllmaterials besteht aus etwa 50 Gew% (Gewichtsprozent) Wasser, 10 Gew% Bentonit, 10 Gew% Zement und 30 Gew% Sand. Wenn der Sand komplett durch Graphit ersetzt wird, erreicht man eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 2 W/(mK), d.h. durch den Einsatz des Graphits im Verfüllmaterial wird die Wärmeleitfähigkeit verdoppelt.
- An der gesamten Zusammensetzung des Verfüllmaterials kann Graphit zwischen 5 Gew% und 50 Gew% betragen.
- Ausführungsbeispiel:
- Ein besonders homogenes Verfüllmaterial erreicht man mit folgenden Ausgangsprodukten:
35 Gew% hydraulisch abbindender Trockenmörtel (z.B. Brunnen-Dämmer von AZBUT),
35 Gew% Wasser
30 Gew% feines Graphit, Korngröße kleiner 0,05mm (z.B. EDM von Graphit Kropfmühl AG)
Claims (5)
- Verfüllmaterial zur Verlegung von Erdstromkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfüllmaterial eine Mischung mit einem Anteil von Graphit ist, vorzugsweise mit einem Mischungsanteil von 5 bis 50 Gew% aus pulver- oder granulatförmigem Graphit oder Blähgraphit.
- Verfüllmaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Graphit oder Blähgraphit mit Korngrößen zwischen 0,001 mm und 1 mm oder einer Korngröße zwischen 0,001 und 0,1 mm.
- Verfüllmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Bindemittel aufweist, wobei das Bindemittel aus mindestens zwei der Bestandteile Wasser, Ton oder tonhaltiges Material, hydraulisches Bindemittel und Sand besteht.
- Verfüllmaterial, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Bindemittel aus mindestens zwei der Bestandteile Wasser, Bentonit, Zement und Sand aufweist.
- Verfahren zur Verlegung von Erdstromkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel in einem Bett von Verfüllmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 verlegt werden.
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