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Elektrisches Freileitungsseil.
Elektrische Freileitungsseile werden durch die meist vorhandenen Luftströmungen in Schwingungen versetzt, die als stehende Wellen mit verhältnismässig kleinen Ausschlagen sichtbar werden. Diese Schwingungen bedeuten für das Material zusätzliche Wechselbeanspruchungen, die mit der Zeit das Seil an den meistbeanspruchten Stellen zermürben und zu Bruch gehen lassen. In der Gegend der Aufhängepunkte brechen erst einzelne Drähte, dieser Zustand greift immer rascher auf die übrigen Einzeldrähte über und schliesslich ist der mechanisch tragende und elektrisch leitende Querschnitt so gering, dass infolge der mechanischen Überbeanspruchung und der auftretenden Stromerwärmung das Seil reisst.
Als Abhilfemittel dagegen hat man bisher an den gefährdeten Stellen entweder die Seile verstärkt oder zur Verminderung der Schwingungsamplituden nach Art von Reibungsbremsen wirkende oder im Gegentakt schwingende Vorrichtungen angebracht. Diese Massnahmen haben ihren Zweck nur begrenzte Zeit und nur in unvollkommener Weise erfüllt.
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Freileitungsseil, das auf Grund seiner Bauart im verlegten Zustand auftretende Seilschwingungen jeder Frequenz von selbst auf ein Minimum abdämpft, indem es die Schwingungsenergie eines Spannfeldes an so zahlreichen Stellen vernichtet, dass eine Beschädigung durch Schlagarbeiten vollständig ausgeschlossen ist.
Das Freileitungsseil gemäss der Erfindung besteht sozusagen aus zwei konzentrischen oder annähernd konzentrischen Seilen, u. zw. aus dem innen liegenden Seilteil, Kernseil genannt, und dem aussen liegenden sich selbst abstützenden Seilteil, Mantelseil genannt, zwischen welchen beiden Seilteilen sich ein geeigneter von der Zugspannung unabhängiger kleiner Zwischenraum befindet. Das Mantelseil kann daher, wenn es durch Wind bewegt wird, eine durch den annähernd ringförmigen Zwischenraum begrenzte Relativbewegung zum Kernseil ausführen. Im verlegten Zustand sind Kernseil und Mantelseil so gespannt, dass beide Seile ohne gegenseitige Beeinflussung voneinander verschiedene Schwingungen ausführen können, so dass auftretende Schwingungen des Kern- und Mantelseiles sich durch Stossver- luste längs des ganzen Seiles gegeneinander abdämpfen.
Mantelseil und Kernseil führen verschiedene Schwingungen aus, wenn im verlegten Zustand beide verschiedene Wellenfortpflanzungsgesehwindigkeiten besitzen. Die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit c ist gegeben durch die Gleichung:
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wobei a die Spannung des Seiles pro Querschnittseinheit, g die Erdbeschleunigung und (das spezifische Gewicht des Leiters bedeuten.
Die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeiten des Mantelseiles (Index 1) und des Kernseiles (Index 2) sind also dann verschieden, wenn der Ausdruck
EMI1.2
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sich von dem Wert 1 unterscheidet. Dies ist dann der Fall, wenn in einem Spannfeld ein Seilteil, z. B. das Kernseil, so gespannt ist, dass der andere, ebenfalls unter Spannung stehende Seilteil, hier das Mantelseil, vom Kernseil teilweise mitgetragen wird. Das Kernseil befindet sich dann in der Tragklemme in der unteren Höhlung des Mantelseiles, während es gegen die Feldmitte zu das Mantelseil tragen hilft und sich in der oberen Höhlung des Mantelseiles befindet.
Somit sind im Ruhezustand, wenn keine Seilschwingungen vorhanden sind, die Mittelpunkte vom Kernseil und Mantelseil bis um die Grösse des gewählten Luftspaltes nach oben oder nach unten voneinander entfernt, wobei jedoch zwischen Tragklemme und Feldmitte eine Seilstrecke vorhanden ist, auf, der sich die beiden Seilmittelpunkte ganz oder nahezu decken, so dass z. B. das Mantelseil unabhängig vom Kernseil eine kleine, durch den Luftspalt begrenzte Bewegung nach oben oder unten ausführen kann,
Der Dämpfungsvorgang auf dieser Seilstrecke stellt sich nun folgendermassen ein : Das Mantelseil erhält durch die Wirbelablösungen des Windes eine bestimmte Frequenz'Y1 und gerät in kleine
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keiten, so dass ein Stoss zwischen Mantelseil und Kernseil auftritt.
Somit wird beim jedesmaligen Zusammenkommen der beiden Seile Schwingungsenergie vernichtet oder es treten Stossverluste auf. Die Grösse dieser Stossverluste ist proportional dem Quadrat des Geschwindigkeitsunterschiedes der beiden Seile und im übrigen auch vom Gewichtsverhältnis der beiden Seile abhängig. Der Geschwindigkeitsunterschied ist um so grösser, je grösser der Frequenzunterschied und je grösser die vorhandene Amplitude ist. Somit wird nach einer bestimmten Zeit die vernichtet Energie gleich der Windenergie werden und das Mantelseil keine höhere Amplitude mehr annehmen können.
Die Schwingungsdämpfung tritt jedoch nicht nur auf der eben betrachteten Seilstrecke auf, sondern pflanzt sich gegebenenfalls auch über die restliche Seillänge, wo Kern-und Mantelseil im Ruhezustand aufeinanderliegen, fort, so dass Schwingungsdämpfung längs des ganzen Seiles auftritt.
Man ersieht aus dieser Betrachtung, wie wesentlich die Anwendung eines kleinen Zwischenraumes für die Seildämpfung ist. Wenn nämlich der Zwischenraum gross ist, wie dies bei den zur Vermeidung von Korona-Verlusten gebauten Hohlseilen, die über ein Tragseil gebracht sind, der Fall ist, so müsste das Hohlseil, damit das Tragseil zu Gegensehwingungen angeregt wird, Schwingungsamplituden annehmen, die etwa der Grösse des vorhandenen Zwischenraumes entsprechen und somit die gefährlichen Wechselbeanspruchungen im Seilmaterial hervorrufen.
Es sind mehrlagige Freileitungsseile aus Aldrey und Aluminium bekannt, deren äussere Lage aus Aluminiumdrähten lose um den Seilkern aus Aldreydrähten verseilt wird, um vorübergehend einen Spielraum zustande kommen zu lassen. Hiebei geschieht jedoch die Schaffung des Spielraums nicht mit Rücksicht auf die Seildämpfung, sondern es soll vielmehr zwecks günstiger Verteilung der Beanspruchung auf Aluminium-und Aldreydrähte dieser Spielraum während bzw. nach der Seilverlegung verschwinden, indem sich nach einer gewissen Beanspruchung die äussere, den Seilkern umgebende, nicht selbst abstützende Verseillage fest auf den Seilkern auflegt, so dass die Aluminiumdrähte während dieses Vorganges eine erheblich geringere Spannungszunahme erfahren als der Seilkern aus Aldreydrähten.
Demgegenüber stützt sich das Mantelseil des erfindungsgemässen Seiles selbst ab und umgibt das Kernseil auch bei voller Zugbeanspruchung mit dem gewählten kleinen Zwischenraum. Es wird daher als stützenloses Hohlseil"aus Formdrähten oder aus normalen Runddrähten als "Schlauch" ausgebildet. Durch geeignete Wahl von Seildurchmesser, Drahtdurchmesser, Drahtzahl und Schlaglänge entsteht ein sich selbst tragendes Rohrgebilde aus Runddrähten, genannt Rohrschlag, der um so leichter herzustellen ist, je kürzer die Sehlaglänge gewählt wird, je kleiner die notwendige Drahtzahl und je grösser der Einzeldrahtdurchmesser ist.
Die Verseilung des Rohrschlages erfolgt am zweckmässigsten über einen hohlen Dorn, durch den das Kernseil läuft und dessen Randstärke etwa dem gewünschten Luftspalt zwischen Kernseil und Mantelseil entspricht. Über diesen Rohrsehlag können gegebenenfalls noch eine oder mehrere Seillagen in normaler Ausführung gebracht werden.
Während bei der üblichen Seilherstellung Schlaglängen, worunter die Seilachsenlänge einer vollen spiralenförmigen Einzeldrahtwindung verstanden sein soll, angewendet werden, die ungefähr das 11bis 14fache des Aussendurchmessers der betreffenden Seillage betragen, wird der Rohrschlag zwecks Selbstabstützung der runden Einzeldrähte mit etwa der halben normalen Schlaglänge, die dem 5-8fachen
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Aussendurchmesser entspricht, verseilt. Hiedurch wird die Widerstandskraft dieser Seillage gegen Zusammendrücken ganz erheblich vergrössert.
Bei den kleineren Seilquerschnitten mit dünnen Einzeldrähten wird die Herstellung des Rohrschlages durch Verringerung der Drahtzahl und Vergrösserung der Einzeldrahtdurchmesser erleichtert, indem die innere Lage des Mantelseiles, der Rohrschlag, aus Drähten geschlagen wird, die grösseren Durchmesser besitzen als die Drähte der nächstfolgenden äusseren Lage. Es sind auch schon Vollseile bekannt, bei denen die aus Formdrähten bestehende äussere Verseillage auf dem Seilkern aufliegt, aber nicht fest darauf drückt. Ein Zwischenraum zwischen äusserer Verseillage und dem Seilkern ist jedoch hiebei nicht vorhanden.
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von Stahl und Kupfer oder von Stahl und Aluminium.
Am bedeutendsten ist vorliegende Erfindung für elektrische Freileitungsseile, von denen neben hoher elektrischer Leitfähigkeit auch hohe mechanische Festigkeit verlangt wird, da die Schwingungsbruchgefährdung sehr stark mit der Zugbeanspruchung zunimmt. Durch die Verwendung eines Kernseiles aus Stahl können Bronzeseile durch Stahl-KupferSeile in der beschriebenen Ausführung fast ohne Mehrkosten mit dem Gewinn absoluter Sicherheit gegen Schwingungsbruche ersetzt werden.
Besonders zweckmässig ist auch die Anwendung des gezeigten Prinzips bei den Stahl-Aluminium-Seilen, da die gleichen Baustoffe verwendet werden wie in den bisherigen Ausführungen. Wie schon vorher dargelegt, werden die Stossverluste zwischen Kernseil und Mantelseil um so grösser und damit die Schwingungsdämpfung um so besser, je grösser die Frequenzunterschiede bzw. der Unterschied der Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeiten in beiden Seilteilen ist. Um diesen Unterschied zu erhöhen oder bei Seilen, deren Kern-und Mantelseil aus Materialien ungefähr gleichen spezifischen Gewichts-und Elastizitätsmoduls bestehen, hervorzurufen, wird dem Kernseil bei der Montage des erfindungsgemässen Seiles eine Vorspannung gegeben, bevor beide Seilteile in der Abspannklemme befestigt werden.
Ein elektrisches Freileitungsseil nach der Erfindung besteht beispielsweise aus einem Stahlkernseil mit (1 + 6) Drähten vom Durchmesser d1 = 2'25 mm, verseilt mit einer Schlagzahl S1 = 14 und einem dieses Stahlseil umgebenden Mantelseil aus Aluminiumdrähten, dessen innerer Schlag (Rohrsehlag)
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zahl S2 = 6'7 verseilt sind. Der ringförmige Abstand zwischen Stahlseil und Rohrschlag beträgt hiebei etwa 0'65 mm. Um den Rohrschlag des Mantelseiles ist eine zweite Aluminiumseillage aufgebracht, die aus 20 Drähten mit dem Durchmesser du = 2'35 besteht und mit der Sehlagzahl Sg = 11'5 verseilt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Aus mehreren Lagen gebildetes Freileitungsseil, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kernseil und einem sich in sich selbst abstützenden, das Kernseil konzentrisch oder annähernd konzentrisch umgebenden Mantelseil besteht, zwischen denen auch im verlegten Zustand nach dem Abspannen ein kleiner Zwischenraum vorhanden bleibt, der derart bemessen ist, dass infolge verschiedener Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit in Kern-und Mantelseil auftretende Schwingungen der beiden Seilteile sich durch Stösse längs des ganzen Seiles gegeneinander abdämpfen.