Mit Kunststoff isoliertes und ummanteltes Starkstromkabel mit Aluminiumleitern
Bei elektrischen Starkstromkabeln zeichnen sich insbesondere auf dem Gebiet der Niederspannungskabel immer deutlicher Übergänge ab von den bisher üblichen Werkstoffen, nämlich Kupfer für die Leiter, Papier für die Isolierung und Blei für den Mantel, zu anderen Werkstoffen, insbesondere zu Aluminium für die Leiter und Kunststoffen für die Isolierung. Bei den Mänteln konkurriert Aluminium ebenfalls mit Kunststoffen, z. B.
bei den Typen NAKLEY und NAVY der deutschen Normenbezeichnung. Beim dreiadrigen Typ NAKLEY dient der Aluminiummantel zugleich als Nulleiter, während beim vieradrigen Typ NAVY mit Kunststoffmantel, der zumeist mit Sektorleitern ausgeführt wird, ein Leiter als Nulleiter dient. Die Erfindung befasst sich mit einem Sicherheitsproblem, das bei diesem aus Wirt schaftliehkeitsgründen besonders interessanten Typ NAVY seit einiger Zeit in der Fachwelt erörtert wird, ohne dass bislang eine wirklich befriedigende Lösung des Problems gefunden worden ist.
Die Fachwelt macht sich nämlich im Zuge allgemeiner Überlegungen über die Gefahren, die bei mechanischen Kabelbeschädigungen, z. B. bei Erdarbeiten durch Spitzhacken oder Spiesse, ohne Kurzschlussauslösung auftreten können, auch Gedanken über die Gefahr, die vielleicht bei NAVY-Kabeln auftreten könnte, wenn der Aluminium-Nulleiter mitsamt seiner Isolierung mechanisch nur angekratzt wird, dann zu korrodieren beginnt und eines Tages ohne Kontrolle und Auslösung der vorgesehenen Sicherheitsvorrichtungen unterbrochen wird. Auf diese Gefahr ist insbesondere in dem Aufsatz von H. Bax in der Zeitschrift Elektrizitätswirtschaft , 67. Jahrgang 1968 auf den Seiten 420 und 421 hingewiesen.
Es sind schon mehrere Vorschläge bekannt geworden, die Bauart NAVY so zu verändern, dass der Nulleiter besser geschützt ist. Ein Vorschlag geht z. B.
dahin, die Phasenleiter in Nierenform um den Nulleiter anzuordnen, so dass er nur nach Beschädigung der Phasenleiter verletzt werden kann, was zum Kurzschluss und damit zur Abschaltung des Kabels führen würde.
Andere auf dem gleichen Gedanken beruhende Vorschläge gehen dahin, nur den Nulleiter - entweder in Form eines Sektorleiters oder in Form einer konzentrischen äusseren Bandlage - nicht aus Aluminium, sondern aus Kupfer anzufertigen, das bekanntlich weniger korrosionsanfällig ist. In dieser Richtung liegt auch der Vorschlag, einen kupferplattierten Aluminiumleiter als Nulleiter zu benützen. In eine andere Richtung geht der Vorschlag, kunststoffisolierte mehrdrahtige verdichtete Aluminiumleiter an ihrer Oberfläche innerhalb der sie umgebenden Kunststoffisolierung mit einer krrosionshemmenden haftenden wachsartigen Masse zu imprägnieren. Die bisher bekannt gewordenen Vorschläge sind teils aus konstruktiven und teils aus wirtschaft lichen Gründen nicht günstig und haben sich nicht durchsetzen können.
Die Erfindung löst das bei mit Kunststoff isolierten und ummantelten Starkstromkabeln mit Aluminiumleitern, insbesondere vom Typ NAVY, anstehende Sicherheitsproblem mit einer neuen Leiterkombination dadurch, dass der Nulleiter aus einem gegenüber Aluminium korrosionsfesteren, insbesondere aus Kupfer beste- henden oder eine Kupferoberfläche aufweisenden Leiterstrang und einem hohlraumfrei entweder um ihn herumgepressten oder mit ihm zusammengepressten massiven Aluminiumleiter besteht, dessen Querschnitt grösser als der Querschnitt des gegenüber Aluminium korrosionsfesteren Leiterstranges ist. Ein Beispiel eines solchen umpressten Leiterstranges ist also ein einzelner massiver Kupferdraht, auf den deshalb die weitere Erläuterung der Erfindung zunächst abgestellt ist.
Diese Lösung ist aus wirtschaftlichen und technischen Gründen besonders günstig und eignet sich sowohl für runde, insbesondere aber auch für sektorförmige Nulleiter von beliebig grossem Querschnitt.
Durch die für die Erfindung wesentlich feste und vor allem hohlraumfreie Umpressung des korrosionsfesteren Leiterstranges mit dem massiven Aluminiumlei ter wird die an den Grenzschichten von z. B. Kupfer und Aluminium bei anderen Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen erfahrungsgemäss bestehende und von der Fachwelt deshalb mit Recht als bedenklich angese- hene Korrosionsgefahr für den normalen Betriebszustand des erfindungsgemäss ausgebildeten Kabels ausgeschlossen. Um ganz sicher zu gehen, kann man den korrosionsfesteren Leiterstrang besonders trocknen, bevor er in die Presse einläuft, die den Aluminiumleiter um ihn herumpresst. Um die Haftung an den Grenzschichten zu erhöhne, kann man den Kupferdraht vorher besonders aufrauhen.
Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen sind an sich mehrfach bekannt, aber nur in anderen Ausgestaltungen und zu anderen Zwecken als bei der Erfindung.
Bekannt ist z. B. die Herstellung von elektrischen Leitern aus Kupfer-Aluminium-Legierungen statt, wie früher allgemein üblich, aus dem teuren reinen Kupfer; die schlechten mechanischen Eigenschaften solcher Legierungen verbieten ihre Anwendung in Kabeln. Besser brauchbar sind plattierte Leiter, die zumeist aus einer Aluminiumseele mit dünner Kupferplattierung zwecks besserer Lötbarkeit bestehen; es ist jedoch auch die umgekehrte Kombination einer Kupferseele mit einer hier etwas dickeren Aluminiumplattierung zur Erzeugung einer anorganischen Isolierschicht durch Oxydation der Aluminiumhülle bekannt.
Schliesslich ist zur Feldverbesserung und Verhütung der Tränkmittelalterung an der Leiteroberfläche von mit Masse oder Ö1 getränkten Starkstromkabeln die nahtlose Aufpressung einer Aluminiumhülle statt der früher zur Feldverbesserung benutzten Bleihülle unmittelbar über dem verseilten Kupferleiter bekannt.
Für die Wahl der Grösse des geringeren Querschnitts des korrosionsfesteren eingepressten Drahtes im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt des neuen Nulleiters sind teils technische und teils wirtschaftliche Gründe in Betracht zu ziehen. Bei der Ausführung der Erfindung mit einem Kupferdraht empfiehlt sich z. B. bei den heute üblichen Aluminiumsektorleitern von 70 bis 185 mm2 ein Kupferdrahtquerschnitt von 4 bis 16 mm2, mit anderen Worten gesagt von etwa 5 bis 10 Prozent.
Weil Kupfer eine höhere Leitfähigkeit als Aluminium hat, könnten die Masse der Nulleiter gegenüber denen der anderen Sektorleiter verringert werden, z. B.
nach einem bekannten Vorschlag durch Verringerung des Öffnungswinkels der Nulleiter auf 60 und Vergrösserung des Öffnungswinkels der Phasenleiter auf je 1000. Dies empfiehlt sich jedoch dann nicht, wenn die bei gleichen Massen aller Sektorleiter leichtere Montage der Kabel für wichtiger als die Aluminium-Einsparung angesehen wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man anstelle nur eines Kupferdrahtes auch mehrere entsprechend dünnere Kupferdrähte in den Aluminium-Nulleiter parallel nebeneinander - gegebenenfalls auch über dessen Querschnitt verteilt - achsparallel einpressen lassen.
Die Erfindung beruht auf folgender Überlegung:
In dem eingangs erwähnten Fall einer mechanischen Beschädigung der Isolierung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Nulleiters eines Starkstromkabels kann zwar im Laufe der Zeit das aussenliegende Aluminium wegkorrodieren, jedoch bleibt der schliesslich freigelegte korrosionsfeste innenliegende Kupferdraht unter praktisch allen Betriebsbedingungen unbeschädigt erhalten und stellt die Schutzmassnahme der Nullung sicher. Der Ausgleichsstrom, der im Nulleiter fliessen kann, wird ausreichend durch den mit passendem Querschnitt gewählten Kupferdraht übertragen.
Wenn nämlich zunächst das Aluminium nur unmittelbar an der Beschädigungsstelle z. B. auf wenige Zentimeter Länge wegkorrodiert, kann der Kupferdraht selbst bei relativ kleinem Querschnitt den gesamten Nulleiterstrom führen, weil die Wärmeableitung durch das benachbarte, noch nicht wegkorrodierte Aluminium noch gross ist.
Wenn dann die Korrosion soweit fortgeschritten ist, dass eine grössere Strecke des Aluminiums fehlt, wird der Kupferdraht eine hohe Temperatur, nämlich je nach dem gewählten Querschnitt und der auftretenden Nullstromstärke eine Temperatur von einigen Hundert Grad Celsius annehmen, die aber durch richtige Querschnittswahl unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer bei maximal etwa 1000 Grad Celsius liegen soll, und durch die grosse Wärmeentwicklung im Kabel die Kunststoffisolierung auch der Phasenleiter zerstören, so dass es schliesslich zu einem Kurzschluss und damit zur Abschaltung der Kabelstreeke kommt.
Diese erwünschte Selbstreinigung entspricht also im Ergebnis, jedoch im Wege eines ganz anders gearteten Vorgangs der Selbstreinigung bei papierisolierten mit Öl oder Masse getränkten Starkstromkabeln, bei denen es im Fall einer Mantelbeschädigung zu einer Durchfeuchtung der Papierisolierung und als Folge davon ebenfalls zum Kurzschluss und zur Abschaltung der gefährdeten Kabelstrecke kommt. Diese Selbstreinigung wird in Netzen der Energieversorgungsunternehmen als zweckmässig angesehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Fig. 1 in Form eines Querschnitts eines Starkstromkabels vom Typ NAVY dargestellt.
Die drei sektorförmigen massiven Phasenleiter sind mit 1, 2 und 3 und der erfindungsgemäss ausgebildete, ebenfalls sektorförmige massive Nulleiter mit 4 bezeichnet. Innerhalb des Nulleiterquerschnitts, z. B. in seiner Mitte, befindet sich der eingepresste, z. B. runde Kupferdraht 5. Er kann aber auch profiliert und/oder in Richtung zur Sektorspitze hin verschoben sein. Alle vier aus Aluminium bestehenden Sektorleiter sind zunächst von einer eigenen Leiterisolierung 6 und dann gemeinsam von einer Gürtelisolierung 7 umgeben. Darüber liegt der Aussenmantel 8. Die Isolierungen und der Mantel können wie bekannt aus dem gleichen Kunststoff oder verschiedenen Kunststoffen bestehen, z. B.
auf Polyvinylchloridbasis oder Polyäthylen.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus der zuvor schon kurz erwähnten Uberlegung, dass infolge der gegenüber Aluminium höheren Leitfähigkeit von Kupfer die Masse des Nulleiters gegenüber denen der anderen Sektorleiter verringert werden könnten.
Die erste Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Leitwert des Nulleiters unter wesentlicher Beibehaltung eines den Phasenleitern gleichen, insbesondere sektorförmigen Profils durch Verminderung des Aluminiumquerschnittsanteils dem Leitwert der Phasenleiter angepasst ist.
Unter wesentlicher Beibehaltung des den Phasenleitern gleichen Profils des Nulleiters ist zu verstehen, dass die Zusammenseilung des Nulleiters mit den Phasenleitern und vor allem auch die für alle Leiter des Kabels gleichen Bedingungen beim Zusammenschalten, z. B.
beim Aufsetzen von einheitlichen Klemmen, durch die Querschnittsverminderungen nicht beeinträchtigt werden.
Die Verminderung des Aluminiumquerschnittsanteils kann auf mehrere verschiedene Weisen bewirkt werden, z. B. durch eine oder mehrere äussere Nuten am Profil, einen oder mehrere innere Kanäle im Profil oder insbesondere bei Sektorleitern durch Abschneidung oder Abflachung der inneren Sektorspitze und/ oder der beiden äusseren Sektorecken. Die äusseren Nuten können bei Sektorleitern entweder an den Profilflanken oder am äusseren Profilbogen angebracht werden.
Die erste Weiterbildung der Erfindung bringt ausser dem Vorteil einer Anpassung der Leitwerte zwischen Nulleiter und Phasenleitern auch noch den Vorteil einer Einsparung am Leitmatenal Aluminium im Verhältnis der Leitfähigkeitswerte von Kupfer und Aluminium von 55:37. Bei einem in den Nulleiter eingelegten Kupferdraht von z. B. 6 mm2 kann der Aluminiumquerschnittsanteil um rund 9 mm2 verringert werden, was bei 90mm2 elektrisch äquivalentem Querschnitt immerhin über 30/0 und bei grösseren Querschnitten bis rund 100/o Aluminiumeinsparung gegenüber dem vollen Profil bedeutet. Die im Sicherheitsinteresse in Kauf genommene Verteuerung des Aluminiumnulleiters durch Kupfereinlagerung kann deshalb merklich verringert werden.
Eine andere Ausführung dieser ersten Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der verminderte Aluminiumquerschnitt durch Ein- oder Anfügung von Isolierstoffsträngen wieder zum vollen Profil ergänzt wird, um einerseits Hohlräume im Kabel zu vermeiden und andererseits die Umhüllung des Nulleiters mit Kunststoff in der gleichen Weise und mit den gleichen Werkzeugen wie bei den Phasenleitern durchführen zu können. In der Regel ergibt sich die Ausfüllung von Nuten oder dergleichen im äusseren Profil des Sektorleiters bei seiner Umspritzung mit Kunststoff allerdings von selbst.
Die derart am Nulleiter angebrachten Nuten, Kanäle, Absehneidungen oder Abflachungen können durch entsprechend ausgestaltete Presswerkzeuge (Mundstücke und Dorne) einer Aluminiumstrangpresse ohne Schwierigkeiten hergestellt werden.
In den Fig.24 der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der ersten Weiterbildung der Erfindung schematisch dargestellt. In Übereinstimmung mit Fig. 1 ist in den Fig. 2-4 der z. B. sektorförmige massive Nulleiter mit 4, der eingepresste z. B. runde Kupferdraht mit 5 und die aus Kunststoff bestehende Leiterisolierung mit 6 bezeichnet.
In Fig. 2 besteht die Querschnittsverminderung des Aluminiumleiters 4 aus zwei in den Sektorprofilflanken angebrachten halbkreisförmigen Nuten 9 und 10.
In Fig. 3 ist ein z. B. runder Kanal 11 innerhalb des Aluminiumleiters 4 z. B. in radialer Richtung nach aussen gelegt angebracht. Sein Durchmesser ist im Leitfähigkeitsverhältnis Kupfer zu Aluminium grösser als der Durchmesser des eingepressten Kupferdrahtes 5.
Das gleiche gilt für die Nutendurchmesser 9 und 10 in Fig. 2. Der Kupferdraht 5 ist in radialer Richtung nach innen zur Sektorspitze hin verschoben.
In Fig. 4 ist das Sektorprofil des Aluminiumleiters 4 an dessen Spitze 12 weggeschnitten. Gestrichelt sind die beiden gegebenenfalls stattdessen oder zusätzlich weggeschnittenen oder stärker als profilgerecht abgerundeten äusseren Sektorecken 13 und 14 angedeutet.
In den Fig. 24 sind die zur Profilergänzung einoder anzufügenden Isolierstoffstränge schraffiert eingezeichnet, aber nicht besonders bezeichnet. Diese Isolierstoffstränge können aus dem gleichen Kunststoff wie die Leiterisolierung 6 oder aus einem billigeren Werkstoff bestehen, also z. B. auch aus Polyäthylen und Polyvinylchlorid aus bekannten Füllstoffen.
Zum Stand der Technik gehört ein einadriges Starkstromkabel mit getränkter Papierisolierung, bei dem über dem verseilten Kupferleiter anstelle des vorher bekannten Bleimantels eine Aluminiumhülle nahtlos aufgepresst ist, um chemische Reaktionen zwischen dem Kupfer und dem Tränkmittel zu verhüten. Bei mit Kunststoff isolierten und ummantelten Starkstromka beln besteht diese Gefahr nicht, so dass bei ihnen für die Verwendung von verseilten Kupferleitern mit um sie herumgepressten Aluminiumhüllen kein Anlass besteht, nämlich weder für die Verwendung als Phasenleiter noch als Nulleiter. Im übrigen hat die technische Entwicklung inzwischen bei Starkstromkabeln insbesondere für Niederspannungsanlagen vom verseilten Kupferleiter weg zum erheblich billigeren massiven Aluminiumleiter geführt.
Eine zweite Weiterbildung der Erfindung mit der Rückkehr zu einem verseilten Kupferleiter besteht darin, dass innerhalb des Profils des überwiegend massiv und vorzugsweise sektorförmig ausgebildeten Aluminiumnulleiters statt eines oder mehrerer solcher einzelner Drähte ein im Querschnitt geringerer verseilter Leiter aus einem gegenüber Aluminium korrosionsfesteren Leitenverkstoff, insbesondere Kupfer, angeordnet ist.
Es empfiehlt sich, diesen verseilten, nachstehend der Einfachkeit halber als Kupferleiter bezeichneten Leiter bei sektorförmigen Nulleitern innerhalb ihres Sektorprofils in der Nähe der inneren Sektorspitze oder in einer in ihrer Nähe oder sogar in ihr selbst angebrachten Ausnehmung des Aluminiumleiters anzuordnen.
Es empfiehlt sich ferner, den verseilten Leiter durch Füllung der Verseillücken und/oder Umpressung mit einer korrosionshemmenden, möglichst wärmefesten guthaftenden Masse zusätzlich zu schützen. Solche Massen, z. B. auf der Basis von hochmolekularen Polybutenen, Polyurethanen, Chloroprenen, Mischpolymerisaten von Äthylen und Vinylacetat oder Silikonen sind bekannt, auch in z. B. durch Beimischung von Russ erhältlicher, elektrisch schwach leitender Einstellung und in vernetzter Form.
Die Anwendung dieser zweiten Weiterbildung der Erfindung kommt - ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein - insbesondere bei Kabeln mit grossen Leiterquerschnitten, z. B. über 185 mm2 in Frage. Der verseilte Kupferleiter ist nämlich biegsamer als ein massiver Kupferdraht von gleichem Querschnitt und verringert dadurch die beim Biegen des Kabels erforderlichen Kräfte und die infolge unterschieddlicher Auslängung auftretenden Stauchkräfte. Der verseilte Leiter kann die Stauchkräfte ausserdem besser auffangen. Der gegen über einem Massivdraht höhere Preis eines verseilten Leiters erscheint in diesem Fall gerechtfertigt.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform dieser zweiten Weiterbildung der Erfindung können um den massiven Nulleiter mit dem eingelagerten Kupferstrang in an sich bekannter Weise eine oder mehrere Lagen von blanken Aluminiumdrähten herumgeseilt werden, um den Leiterquerschnitt des Nulleiters zu vergrössern.
Diese Massnahme kommt z. B. dann in Frage, wenn auch die Phasenleiter in dieser Weise ausgebildet ist.
Eine solche zusätzliche Verseillage kann dann auch dazu dienen, den in einer Ausnehmung des massiven Nulleiters von aussen eingepressten oder nur eingelegten verseilten Kupferleiterstrang im Profil des Nulleiters zu halten, wenn er bei Biegungen auszuwandern droht.
Die Anordnung des Kupferleiterstranges in der Nähe der inneren Sektorspitze des Nulleiters hat über die zuvor erwähnten Vorteile hinaus noch weitere Vorteile. Der Kupferleiterstrang ist nämlich dadurch am besten gegen von aussen über die vom Profilbogen des Sektors kommenden mechanischen Beschädigungen geschützt. Er liegt ausserdem dem Kabelquerschnittsmit telpunkt und zwei Phasenleitern am nächsten, so dass im Korrosionsfall die Kurzschlussbildung und Abschaltung der Kabelstrecken zwecks Selbstreinigung der Energieversorgungsnetze beschleunigt wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der zweiten Weiterbildung der Erfindung sind in den Fig. 5-8 der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Bezeichnungen sind wieder aus Fig. 1 soweit möglich übernommen und gleich, insbesondere für den massiven Aluminiumleiter 4 und die Leiterisolierung 6.
In Fig. 5 liegt der z. B aus 1+7 Drähten verseilte Kupferleiter 5' in der Nähe der Sektorspitze. Die in den Sektorprofilflanken ausgesparten z. B. halbkreisförmigen Nuten 9 und 10, deren Querschnitte (in der Fig.
vergrössert dargestellt) zusammen etwa halb so gross sind wie der Querschnitt des Kupferleiters 5', sind mit der Leiterisolierung 6 ausgefüllt.
In Fig. 6 ist der Kupferleiter 5' bei sonst gleicher Anordnung wie in Fig. 5 in die Sektorspitze verschoben.
In Fig. 7 ist der Kupferleiter 5' in eine Nut in der linken Sektorprofilflanke des Aluminiumleiters 4 eingepresst. In der anderen oberen Sektorprofilflanke ist eine dem Kupferleiter 5' im Querschnitt etwa gleichgrosse Nut 9' eingeformt und wie in den Fig. 5 und 6 mit der Leiterisolierung bei der Umspritzung des Leiters mit Kunststoff ausgefüllt worden.
In Fig. 8 liegt der Kupferleiter 5' wie in Fig. 6 in der Spitze des sektorförmigen Aluminiumleiters 4. Um diesen ist z. B. eine Lage blanker Aluminiumdrähte 13 herumgeseilt. Darüber liegt dann die Leiterisolierung 6, die beim Aufspritzen die Verseillücken mit ausgefüllt hat.
Die empfohlene Ausfüllung der Verseillücken im Kupferleiter 5' mit einer korrosionshemmenden Masse ist nicht dargestellt, desgleichen nicht ihre ebenfalls nur empfohlene eventuelle Umhüllung mit einer korrosionshemmenden Masse. Es empfiehlt sich im übrigen, eine Masseumhüllung nur in Abständen auf den Kupferleiter aufzubringen, damit in den Lücken zwischen den umhüllten Abschnitten eine leitende Verbindung des Kupferleiters mit dem Alumimiumleiter hergestellt und die zur Kabelschaltung wirksame Korrosionsstrecke abschnittsweise begrenzt ist. Bei Verwendung einer schwachleitenden Masse können die Umhüllungsabschnitte grösser sein.
Eine dritte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der korrosionsfestere Leiterstrang in an sich bekannter Weise einen Aluminiumkern hat, auf den eine Kupferhülle aufgebracht ist.
Der Vorteil dieser Ausführungsform des korrosionsfesteren Leiterstranges, insbesondere Drahtes besteht darin, dass unter Anwendung der an sich bekannten Technik der Aluminium-Kupfer-Leiterkombination durch sogenannte Plattierung mit Kupfer erheblich an dem gegenüber Aluminium teureren Kupfer gespart werden kann, die mit der Erfindung angestrebte Funktion des Nulleiters als zur Selbstreinigung des Netzes führender Sicherheitsleiter jedoch in vollem Umfang erhalten bleibt. Der Mehraufwand an Herstellkosten durch das Aufbringen der Kupferhülle auf einen Aluminiumkern wird durch die Preisverhältnisse zwischen den beiden Metallen weitgehend aufgewogen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der Aluminiumkern einen sektorförmigen Querschnitt hat; in dieser Gestalt sind kupferplatierte Aluminium-Nulleiter noch nicht bekannt.
Für die Aufbringung der Kupferhülle gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Kupferhülle kann z. B. aus einem entweder wendelförmig aufgewickelten oder achsparallel herumgefalteten Band bestehen. Dabei kann das Kupferband auf den Aluminiumkern mit seinen Kanten anlappend oder in eine in ihm vorhandene Nut angepresst aufgelegt sein. Die Kupferhülle kann ferner aus einer auf dem Aluminiumkern aufgewachsenen Schicht bestehen, wofür es ebenfalls mehrere Möglichkeiten gibt. Die Kupferschicht kann z. B. im Tauchverfahren in einer Kupferchloridschmelze oder durch Aufdampfung erzeugt sein.
Es empfiehlt sich, den Aluminiumkern für die Aufbringung der Kupferhülle künstlich oberflächlich zu oxydieren, wodurch einerseits die schon erwähnte besondere Aufrauhung zwecks besserer Haftung der Metallschichten und andererseits, wie an sich bekannt, ein zusätzlicher Korrosionsschutz des Aluminiumkerns erreicht wird. Auch die Oberfläche der Kupferhülle kann besonders behandelt sein, z. B. mechanisch aufgerauht oder künstlich oxydiert.
Die Kupferhülle kann ferner, wie an sich bekannt, mit einer korrosionshemmenden, möglichst wärmefesten guthaftenden Masse oder Lackschicht bedeckt sein.
Solche Massen sind - wie schon erwähnt - z. B. auf der Basis von hochmolekularen Polybutenen, Polyurethanen, Chloroprenen, Mischpolymerisate von Äthylen und Vinylacetat oder Silikonen bekannt, auch in schwachleitender Einstellung und in vernetzter Form.
In den Fig. 9-10 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dieser dritten Weiterbildung der Erfindung schematisch dargestellt. In Übereinstimmung mit Fig. 1 der Zeichnung sind in beiden Fig. 9 und 10 der z. B. sektorförmige massive Nulleiter mit 4 und die aus Kunststoff bestehende Leiterisolierung mit 6 bezeichnet.
Die beiden Figuren unterscheiden sich dadurch, dass in Fig. 9 der korrosionsfestere Draht runde und in Fig. 10 sektorförmige Gestalt hat. In beiden Figuren ist der Aluminiumkern mit 5" und die dem Kern angepasste Kupferhülle mit 5' bezeichnet.
Durch die äussere Umpressung der Kupferhülle mit Aluminium wird die bei anderen bekannten Alumi nium-Kupfer-Leiterkombinationen befürchtete Korrosionsgefahr durch Elementbildung auch bei Ausführung mit um den Aluminiumkern herumgewickelten oder herumgefalteten Kupferbändern beseitigt.
Eine vierte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der korrosionsfestere Leiterstrang massiv aus Titan oder aus einem mit Titan umhüllten Aluminiumdraht besteht.
Titan ist zwar als besonders korrosionsfestes Metall seit langem bekannt. Seine Verwendung als Nulleiter in Starkstromkabeln ist jedoch bisher vermutlich deshalb nicht in Betracht gezogen worden, weil einerseits seine elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer und auch Aluminium als den bisher für diesen Zweck vorzugsweise verwendeten Metallen erheblich geringer, sein Handelspreis aber erheblich teurer ist. Diese Bedenken entfallen, wenn Titan nur als Kern eines darumgepressten Aluminiumleiters verwendet wird.
Dieser vierten Weiterbildung der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass es genügt, dem Kerndraht aus Titan nur einen Querschnitt bis zu etwa 10 /o des Nulleiterquerschnitts zu geben. Dann hat der Nulleiter zwar einen um die Differenz der Leitfähigkeitswerte von Aluminium mit rund 35 und Titan mit rund 20 m/ohm. mm2 niedrigeren Leitwert. Dieser nur wenige Prozent betragende niedrigere Leitwert des Nulleiters kann jedoch ohne Änderung bzw. Vergrösserung seines Querschnitts gegenüber den Phasenleitern in Kauf genommen werden, weil der Nulleiter ohnehin wie bekannt nur eine geringere Strombelastung als die Phasenleiter zu übernehmen hat. Die Funktion des Nulleiters als Sicherheitsleiter bei der Netzreinigung bleibt jedoch voll erhalten.
Als Ausführungsbeispiel dieser vierten Weiterbildung der Erfindung hat man sich in Fig. 1 der Zeichnung den Nulleiter 4 aus Aluminium mit einem eingepressten z. B. runden Kerndraht 5 aus Titan vorzustellen. Der Titanleiter 5 kann ferner statt als massiver Draht z. B. auch als verseilter Leiter oder als um einen Aluminiumdraht aus Titanband gewickelte oder gefaltete oder auf ihm, z. B. aus einer Titanchloridschmelze, aufgewachsene Hülle ausgebildet und angeordnet sein.
Bei der Verwendung von Titan als Kerndraht oder als Kerndrahthülle ist die schon bei den Aluminium Kupfer-Leiterkombinationen gegenüber den bisher bekannten Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen durch die Umpressung mit Aluminium und Anordnung im Kabelinnern ohnehin schon verringerte Korrosionsgefahr, die sonst bei solchen Kombinationen wegen Elementbildung befürchtet wird, ebenfalls verringert.
Eine fünfte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der gegenüber Aluminium korrosionsfestere Leiterstrang in profilierter oder runder Form zwar ausserhalb des Querschnitts des massiven Aluminiumsektorleiters im Bereich seiner inneren Sektorspitze angeordnet, aber mit diesem durch die Kunststoffisolierung fest und hohlraumfrei zusammengepresst ist.
Es gibt mehrere Ausführungsformen für diesen Gedanken. Man kann nämlich die innere Sektorspitze des massiven Aluminiumleiters abschneiden und durch einen entsprechend profilierten kleineren Kupfersektorleiter ersetzen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass auf den vollen oder entsprechend eingeformten massiven Aluminiumsleiter ein im Winkel gebogenes Kupferband aufgelegt wird, das um die innere Sektorspitze und um die beiden anschliessenden Sektorflanken herumgreift.
Es ist ferner möglich, dass ein runder Kupferdraht anstelle der inneren Sektorspitze auf den entsprechend abgeflachten massiven Aluminiumssektorleiter aufgelegt wird.
Diese drei Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fig. 11-13 der Zeichnung schematisch dargestellt. In allen drei Figuren ist die aus Kunststoff bestehende, um den Nulleiter fest und hohlraumfrei herumgepresste Isolierung wieder mit 6 bezeichnet.
In Fig. 11 ist der massive Aluminiumleiter, dessen innere Sektorspitze abgeschnitten ist, mit 4' bezeichnet.
Der entsprechend profilierte kleinere Kupfersektorleiter ist mit 5+ bezeichnet; er gänzt den Nulleiter wieder zum vollen Querschnitt.
In Fig. 12 hat der Aluminiumsektorleiter 4" den vollen Querschnitt. Das um die innere Sektorspitze und die beiden anschliessenden Sektorflanken umgreifend herumgelegte Kupferband ist mit 5++ bezeichnet.
In Fig. 13 ist der Sektor 4 im Bereich seiner inneren Sektorspitze abgeflacht. Der in der Abflachung liegende runde Kupferdraht ist wie in Fig. 1 mit 5 bezeichnet.
Die Ausführungsform nach Fig. 12 hat den Vorteil, dass der Aluminiumnulleiter die gleiche Ausführung wie die Phasenleiter hat. Die abgeänderten Querschnitte des massiven Aluminiumleiters in den Fig. 11 und 13 lassen sich beim Auspressen auf einer Aluminiumstrangpresse mit entsprechend geformeten Mundstücken ohne weiteres herstellen.
Dies gilt auch für den Fall, dass bei der Ausführungsform nach Fig. 12 der Aluminiumleiter 4" an seiner Spitze und den Flanken so eingeformt wird, dass das Kupferband 5++ sich im normalen Profil des Nullleiters befindet.
Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass der korrosionsfestere profilierte oder runde Leiterstrang dem Kabelquerschnittsmittelpunkt und zwei Phasenleitern am nächsten liegt, so dass im Korrosionsfall die angestrebte Kurzschlussbildung und Abschaltung der Kabelstrecken zwecks Selbstreinigung der Energieversorgungsnetze beschleunigt wird.
Die feste und hohlraumfreie Umpressung des neuen Nulleiters mit der Kunststoffisolierung tritt nach der dieser Weiterbildung der Erfindung zugrunde liegenden Überlegung an die Stelle der Umpressung des korrosionsfesteren Drahtes mit dem massiven Aluminiumleiter. Die sonst befürchtete Korrosionsgefahr bei Aluminium-Kupfer-Leiterkombinationen ist nach dieser Über- legung für die Betriebszeit des Starkstromkabels, während welcher der Nulleiter von aussen nicht beschädigt worden ist, auch ausreichend beseitigt. Falls für notwendig erachtet, kann man im übrigen durch Aufbringung einer besonderen korrosionshemmenden Masse oder Lackschicht vor der Umpressung des neuen Nulleiters mit der Kunststoffisolierung für eine weitere Sicherung gegen unerwünschte Korrosion sorgen.
Nach den schon angestellten Fabrikationsversuchen ist die Herstellung des neuen Nulleiters nach den Fig. 11-13 ohne besondere Schwierigkeiten möglich.
Man kann nämlich den korrosionsfesteren Leiterstrang, bei den dargestellten Ausführungsbeispielen also die Kupferleiter 5+, 5++ und 5, in das entsprechend geformte Mundstück der die Kunststoffisolierung aufpressenden Maschine miteinlaufen lassen. Der ausgepresste Kunststoff füllt erfahrungsgemäss alle Hohlräume in einem Pressquerschnitt fest und hohlraumfrei aus.
PATENTANSPRUCH I
Mit Kunststoff isoliertes und ummanteltes Starkstromkabel mit Aluminiumleitern, dadurch gekennzeichnet, dass der Nulleiter aus einem gegenüber Aluminium korrosionsfesteren Leiterstrang und einem hohlraumfrei entweder um ihn herumgepressten oder mit ihm zusammengepressten massiven Aluminiumleiter besteht, dessen Querschnitt grösser als der Querschnitt des
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Plastic insulated and sheathed power cable with aluminum conductors
In the case of electrical power cables, especially in the field of low-voltage cables, there are increasingly clear transitions from the previously common materials, namely copper for the conductors, paper for the insulation and lead for the jacket, to other materials, in particular to aluminum for the conductors and plastics for the isolation. When it comes to jackets, aluminum also competes with plastics, e.g. B.
for the types NAKLEY and NAVY the German standard designation. With the three-wire type NAKLEY, the aluminum jacket also serves as a neutral conductor, while with the four-wire type NAVY with a plastic jacket, which is usually made with sector conductors, a conductor serves as the neutral conductor. The invention is concerned with a safety problem that has been discussed in the technical world for some time in this NAVY type, which is particularly interesting for economic reasons, without a really satisfactory solution to the problem having been found so far.
The professional world makes itself namely in the course of general considerations about the dangers of mechanical cable damage, z. E.g. during earthworks with pickaxes or spits, without triggering a short circuit, thoughts can also arise about the danger that might arise with NAVY cables if the aluminum neutral conductor and its insulation are only scratched mechanically, then starts to corrode and one day without it Control and activation of the intended safety devices is interrupted. This danger is particularly pointed out in the article by H. Bax in the journal Elektrizitätswirtschaft, 67th year 1968 on pages 420 and 421.
Several proposals have already become known to modify the NAVY design so that the neutral conductor is better protected. One suggestion is e.g. B.
to arrange the phase conductors in a kidney shape around the neutral conductor, so that it can only be injured after the phase conductor has been damaged, which would lead to a short circuit and thus to the disconnection of the cable.
Other proposals based on the same idea are to make only the neutral conductor - either in the form of a sector conductor or in the form of a concentric outer band layer - not from aluminum, but from copper, which is known to be less susceptible to corrosion. The proposal to use a copper-clad aluminum conductor as a neutral conductor is also in this direction. The proposal goes in a different direction to impregnate plastic-insulated multi-wire, compacted aluminum conductors on their surface within the plastic insulation surrounding them with a corrosion-inhibiting adhesive waxy mass. The proposals that have become known so far are not favorable, partly for constructive reasons and partly for economic reasons, and have not been able to prevail.
The invention solves the pending safety problem with a new conductor combination in plastic-insulated and sheathed power cables with aluminum conductors, in particular of the NAVY type, in that the neutral conductor consists of a conductor strand that is more corrosion-resistant than aluminum, in particular made of copper or has a copper surface, and a void-free conductor there is either a solid aluminum conductor pressed around it or pressed together with it, the cross section of which is larger than the cross section of the conductor strand, which is more corrosion-resistant than aluminum. An example of such a crimped conductor strand is a single solid copper wire, on which the further explanation of the invention is therefore initially based.
This solution is particularly favorable for economic and technical reasons and is suitable both for round, but in particular also for sector-shaped neutral conductors of any size.
Due to the for the invention substantially solid and above all void-free extrusion of the corrosion-resistant conductor strand with the massive Aluminiumlei ter is the at the boundary layers of z. B. copper and aluminum in other aluminum-copper conductor combinations, experience has shown that the risk of corrosion which is therefore rightly regarded as a dubious risk of corrosion for the normal operating state of the cable designed according to the invention is excluded. To be on the safe side, the more corrosion-resistant conductor strand can be specially dried before it runs into the press that presses the aluminum conductor around it. In order to increase the adhesion to the boundary layers, the copper wire can be specially roughened beforehand.
Aluminum-copper conductor combinations are known several times per se, but only in different configurations and for different purposes than in the case of the invention.
Is known z. B. the production of electrical conductors from copper-aluminum alloys instead of, as was common in the past, from the expensive pure copper; the poor mechanical properties of such alloys prohibit their use in cables. Clad conductors, which mostly consist of an aluminum core with thin copper plating for better solderability, are more useful; However, the reverse combination of a copper core with a somewhat thicker aluminum plating to produce an inorganic insulating layer by oxidation of the aluminum shell is also known.
Finally, to improve the field and prevent aging of the impregnation agent on the conductor surface of power cables soaked with earth or oil, the seamless pressing of an aluminum sheath instead of the lead sheath previously used for field improvement is known directly over the stranded copper conductor.
For the choice of the size of the smaller cross-section of the more corrosion-resistant pressed-in wire in relation to the total cross-section of the new neutral conductor, partly technical and partly economic reasons must be taken into account. When carrying out the invention with a copper wire, z. For example, with today's aluminum sector conductors from 70 to 185 mm2, a copper wire cross-section of 4 to 16 mm2, in other words, from about 5 to 10 percent.
Because copper has a higher conductivity than aluminum, the mass of the neutral conductors could be reduced compared to those of the other sector conductors, e.g. B.
According to a well-known proposal by reducing the opening angle of the neutral conductor to 60 and increasing the opening angle of the phase conductors to 1000 each. This is not recommended, however, if the easier assembly of the cables with the same masses of all sector conductors is considered more important than the aluminum savings.
In a further embodiment of the invention, instead of just one copper wire, several correspondingly thinner copper wires can be pressed into the aluminum neutral conductor parallel to one another - optionally also distributed over its cross section - axially parallel.
The invention is based on the following consideration:
In the above-mentioned case of mechanical damage to the insulation of a neutral conductor of a power cable designed according to the invention, the aluminum on the outside may corrode away over time, but the corrosion-resistant copper wire on the inside remains undamaged under practically all operating conditions and ensures the protective measure of zeroing. The compensating current that can flow in the neutral conductor is sufficiently transmitted through the copper wire selected with the appropriate cross-section.
Namely, if initially the aluminum only directly at the point of damage z. B. corroded away to a few centimeters in length, the copper wire can carry the entire neutral current even with a relatively small cross-section, because the heat dissipation through the neighboring, not yet corroded away aluminum is still large.
When the corrosion has progressed so far that a larger section of the aluminum is missing, the copper wire will reach a high temperature, namely a temperature of a few hundred degrees Celsius, depending on the selected cross-section and the occurring zero current strength, but which, if the cross-section is selected, is below the melting point copper should be at a maximum of around 1000 degrees Celsius, and the large amount of heat generated in the cable also destroys the plastic insulation of the phase conductors, so that ultimately there is a short circuit and thus the cable line is switched off.
As a result, this desired self-cleaning corresponds to the self-cleaning process in the case of paper-insulated power cables soaked with oil or mass, in which, in the event of damage to the sheath, moisture penetrates the paper insulation and, as a result, also leads to a short circuit and disconnection of the power cables endangered cable route. This self-cleaning is seen as useful in the networks of energy supply companies.
An embodiment of the invention is shown in the drawing in Fig. 1 in the form of a cross-section of a power cable of the NAVY type.
The three sector-shaped solid phase conductors are denoted by 1, 2 and 3 and the likewise sector-shaped solid neutral conductor designed according to the invention is denoted by 4. Within the neutral cross-section, e.g. B. in its center, there is the pressed, z. B. round copper wire 5. However, it can also be profiled and / or shifted in the direction of the sector tip. All four sector conductors made of aluminum are initially surrounded by their own conductor insulation 6 and then jointly by belt insulation 7. Above is the outer jacket 8. The insulation and the jacket can, as is known, consist of the same plastic or different plastics, e.g. B.
based on polyvinyl chloride or polyethylene.
A first further development of the invention results from the previously briefly mentioned consideration that as a result of the higher conductivity of copper compared to aluminum, the mass of the neutral conductor could be reduced compared to that of the other sector conductors.
The first further development of the invention consists in that the conductance of the neutral conductor is adapted to the conductance of the phase conductors by reducing the aluminum cross-sectional proportion while essentially maintaining a profile that is identical to the phase conductors, in particular a sector-shaped profile.
Under essential retention of the same profile of the neutral conductor as the phase conductors is to be understood that the division of the neutral conductor with the phase conductors and above all the same conditions for all conductors of the cable when interconnecting, z. B.
when applying uniform clamps, which do not affect the reduction in cross-section.
The reduction in the aluminum cross-sectional proportion can be effected in several different ways, e.g. B. by one or more outer grooves on the profile, one or more inner channels in the profile or, especially in the case of sector ladders, by cutting off or flattening the inner sector tip and / or the two outer sector corners. With sector ladders, the outer grooves can be attached either to the profile flanks or to the outer profile curve.
In addition to the advantage of adapting the conductance values between the neutral conductor and phase conductors, the first further development of the invention also has the advantage of saving on the conductive material aluminum in the ratio of the conductivity values of copper and aluminum of 55:37. In the case of a copper wire of z. For example, 6 mm2, the aluminum cross-section can be reduced by around 9 mm2, which means more than 30/0 for an electrically equivalent cross-section of 90mm2 and up to around 100 / o aluminum savings compared to the full profile for larger cross-sections. The increase in the cost of the aluminum neutral conductor due to copper storage, which is accepted in the interests of security, can therefore be reduced significantly.
Another embodiment of this first development of the invention is that the reduced aluminum cross-section is supplemented by inserting or adding strands of insulating material again to the full profile, on the one hand to avoid cavities in the cable and on the other hand to encase the neutral conductor with plastic in the same way and with to be able to use the same tools as for the phase conductors. As a rule, however, the filling of grooves or the like in the outer profile of the sector conductor occurs automatically when it is overmolded with plastic.
The grooves, channels, cut-offs or flattened areas attached to the neutral conductor in this way can be produced without difficulty by appropriately designed pressing tools (mouthpieces and mandrels) of an aluminum extrusion press.
In the Figure 24 of the drawing, three embodiments of the first development of the invention are shown schematically. In accordance with Fig. 1 in Figs. 2-4 the z. B. sector-shaped massive neutral conductor with 4, the pressed z. B. round copper wire with 5 and the existing plastic conductor insulation with 6.
In FIG. 2, the cross-sectional reduction of the aluminum conductor 4 consists of two semicircular grooves 9 and 10 made in the sector profile flanks.
In Fig. 3, a z. B. round channel 11 within the aluminum conductor 4 z. B. placed in the radial direction outwards attached. In terms of the conductivity ratio of copper to aluminum, its diameter is greater than the diameter of the pressed-in copper wire 5.
The same applies to the groove diameters 9 and 10 in FIG. 2. The copper wire 5 is displaced in the radial direction inwards towards the sector tip.
In FIG. 4, the sector profile of the aluminum conductor 4 is cut away at its tip 12. The two outer sector corners 13 and 14, which are optionally cut away instead or in addition, or rounded to a greater extent than profile-conforming, are indicated by dashed lines.
In FIG. 24, the strands of insulating material to be added or added to the profile are shown hatched, but not specifically designated. These strands of insulating material can be made of the same plastic as the conductor insulation 6 or of a cheaper material, e.g. B. also made of polyethylene and polyvinyl chloride from known fillers.
The state of the art includes a single-core power cable with impregnated paper insulation, in which an aluminum sheath is seamlessly pressed onto the stranded copper conductor instead of the previously known lead sheath in order to prevent chemical reactions between the copper and the impregnating agent. With plastic insulated and sheathed Starkstromka cables, this risk does not exist, so that there is no reason for them to use stranded copper conductors with aluminum sleeves pressed around them, namely neither for use as phase conductors nor as neutral conductors. Incidentally, the technical development in power cables, especially for low-voltage systems, has led away from stranded copper conductors to considerably cheaper solid aluminum conductors.
A second further development of the invention with the return to a stranded copper conductor consists in the fact that within the profile of the predominantly solid and preferably sector-shaped aluminum neutral conductor, instead of one or more such individual wires, a stranded conductor with a smaller cross-section made of a conductor material that is more corrosion-resistant than aluminum, in particular copper, is arranged.
It is advisable to arrange these stranded conductors, hereinafter referred to as copper conductors for the sake of simplicity, in the case of sector-shaped neutral conductors within their sector profile in the vicinity of the inner sector tip or in a recess in the aluminum conductor made in their vicinity or even in their own.
It is also advisable to additionally protect the stranded conductor by filling the stranding gaps and / or crimping with a corrosion-inhibiting, heat-resistant, well-adhering compound. Such masses, e.g. B. based on high molecular weight polybutenes, polyurethanes, chloroprenes, copolymers of ethylene and vinyl acetate or silicones are known, also in z. B. by admixture of soot obtainable, electrically weakly conductive setting and in cross-linked form.
The application of this second development of the invention comes - without, however, being restricted to this - in particular for cables with large conductor cross-sections, e.g. B. over 185 mm2 in question. The stranded copper conductor is more flexible than a solid copper wire of the same cross-section and thus reduces the forces required when bending the cable and the compressive forces that occur as a result of the different elongation. The stranded conductor can also better absorb the compression forces. The higher price of a stranded conductor compared to a solid wire appears justified in this case.
According to a further embodiment of this second development of the invention, one or more layers of bare aluminum wires can be roped around the solid neutral conductor with the embedded copper strand in a manner known per se in order to enlarge the conductor cross-section of the neutral conductor.
This measure comes z. B. then in question if the phase conductor is formed in this way.
Such an additional stranded layer can then also serve to hold the stranded copper conductor strand pressed into a recess of the solid neutral conductor from the outside or only inserted in the profile of the neutral conductor if it threatens to migrate out when bent.
The arrangement of the copper conductor in the vicinity of the inner sector tip of the neutral conductor has further advantages over and above the advantages mentioned above. This is because the copper conductor strand is best protected against mechanical damage from the outside via the profile arch of the sector. It is also closest to the center point of the cable cross section and two phase conductors, so that in the event of corrosion, the formation of short circuits and the disconnection of the cable sections for the purpose of self-cleaning of the energy supply networks is accelerated.
Several embodiments of the second development of the invention are shown schematically in FIGS. 5-8 of the drawing. The designations are again taken from FIG. 1 as far as possible and are the same, in particular for the solid aluminum conductor 4 and the conductor insulation 6.
In Fig. 5 is the z. B copper conductors 5 'stranded from 1 + 7 wires near the sector tip. The recessed in the sector profile flanks z. B. semicircular grooves 9 and 10, the cross sections of which (in Fig.
shown enlarged) are together about half the size of the cross section of the copper conductor 5 ', are filled with the conductor insulation 6.
In FIG. 6, the copper conductor 5 'is shifted into the sector tip with an otherwise identical arrangement as in FIG.
In FIG. 7, the copper conductor 5 ′ is pressed into a groove in the left sector profile flank of the aluminum conductor 4. In the other upper sector profile flank, a groove 9 'of approximately the same size as the copper conductor 5' in cross section is formed and, as in FIGS. 5 and 6, filled with the conductor insulation when the conductor was encapsulated with plastic.
In Fig. 8 the copper conductor 5 'is as in Fig. 6 in the tip of the sector-shaped aluminum conductor 4. To this is z. B. a layer of bare aluminum wires 13 roped around. The conductor insulation 6, which also filled the gaps in the stranding during the spraying process, then lies over it.
The recommended filling of the stranding gaps in the copper conductor 5 'with a corrosion-inhibiting compound is not shown, nor is its possibly only recommended covering with a corrosion-inhibiting compound. It is also advisable to apply a mass coating to the copper conductor only at intervals so that a conductive connection between the copper conductor and the aluminum conductor is established in the gaps between the coated sections and the corrosion path effective for cable connection is limited in sections. If a weakly conductive mass is used, the envelope sections can be larger.
A third further development of the invention consists in the fact that the more corrosion-resistant conductor strand has, in a manner known per se, an aluminum core to which a copper sheath is applied.
The advantage of this embodiment of the more corrosion-resistant conductor strand, in particular wire, is that by using the known technology of aluminum-copper conductor combination by plating with copper, significant savings can be made on the copper, which is more expensive than aluminum, which is the function of the invention However, the neutral conductor as the safety conductor leading to the self-cleaning of the network is retained in full. The additional cost of manufacturing by applying the copper sheath to an aluminum core is largely offset by the price ratios between the two metals.
A particularly advantageous embodiment is that the aluminum core has a sector-shaped cross section; Copper-clad aluminum neutral conductors in this form are not yet known.
There are several options for applying the copper sheath. The copper shell can, for. B. consist of either a helically wound or axially parallel folded band. The copper band can be placed on the aluminum core with its edges lapping or pressed into a groove in it. The copper sheath can also consist of a layer grown on the aluminum core, for which there are also several possibilities. The copper layer can e.g. B. in the immersion process in a copper chloride melt or by vapor deposition.
It is advisable to artificially oxidize the surface of the aluminum core for the application of the copper sheath, which on the one hand achieves the special roughening mentioned above for the purpose of better adhesion of the metal layers and on the other hand, as is known per se, an additional corrosion protection of the aluminum core. The surface of the copper sheath can also be specially treated, e.g. B. mechanically roughened or artificially oxidized.
The copper sheath can also, as is known per se, be covered with a corrosion-inhibiting, if possible heat-resistant, well-adhering mass or lacquer layer.
Such masses are - as already mentioned - z. B. on the basis of high molecular weight polybutenes, polyurethanes, chloroprenes, copolymers of ethylene and vinyl acetate or silicones are known, also in a weakly conductive setting and in crosslinked form.
Two exemplary embodiments of this third development of the invention are shown schematically in FIGS. 9-10 of the drawing. In accordance with Fig. 1 of the drawing, in both Figs. 9 and 10 of the z. B. sector-shaped solid neutral with 4 and the existing plastic conductor insulation with 6.
The two figures differ in that in FIG. 9 the more corrosion-resistant wire is round and in FIG. 10 it is sector-shaped. In both figures, the aluminum core is denoted by 5 "and the copper sheath adapted to the core is denoted by 5 '.
Owing to the external pressing of the copper sheath with aluminum, the risk of corrosion feared with other known aluminum-copper conductor combinations due to the formation of elements is eliminated even when the copper strips are wrapped or folded around the aluminum core.
A fourth further development of the invention consists in the fact that the more corrosion-resistant conductor strand consists of solid titanium or an aluminum wire encased with titanium.
Titanium has long been known as a particularly corrosion-resistant metal. Its use as a neutral conductor in power cables has probably not been considered so far because, on the one hand, its electrical conductivity compared to copper and also aluminum is considerably lower than the metals previously preferably used for this purpose, but its retail price is considerably more expensive. These concerns do not apply if titanium is only used as the core of a pressed aluminum conductor.
This fourth development of the invention is based on the consideration that it is sufficient to give the core wire made of titanium only a cross section of up to about 10 / o of the neutral cross section. Then the neutral conductor has a conductivity value around the difference between the conductivity values of aluminum with around 35 and titanium with around 20 m / ohm. mm2 lower conductance. This lower conductance of the neutral conductor, which is only a few percent, can, however, be accepted without changing or increasing its cross-section compared to the phase conductors, because the neutral conductor, as is known, only has to take on a lower current load than the phase conductor. However, the function of the neutral conductor as a safety conductor during network cleaning is fully retained.
As an embodiment of this fourth development of the invention, one has in Fig. 1 of the drawing the neutral conductor 4 made of aluminum with a pressed z. B. to imagine round core wire 5 made of titanium. The titanium conductor 5 can also be used as a solid wire z. B. also as a stranded conductor or as wound or folded around an aluminum wire made of titanium tape or on it, for. B. formed from a titanium chloride melt, grown shell and arranged.
When using titanium as a core wire or as a core wire sheath, the already known aluminum-copper-conductor combinations already reduce the risk of corrosion in the case of aluminum-copper-conductor combinations due to the extrusion with aluminum and arrangement inside the cable, which is otherwise feared with such combinations due to the formation of elements is also reduced.
A fifth development of the invention consists in the fact that the conductor strand, which is more corrosion-resistant than aluminum, has a profiled or round shape outside the cross-section of the solid aluminum sector conductor in the area of its inner sector tip, but is pressed together firmly and void-free by the plastic insulation.
There are several embodiments for this idea. You can cut off the inner sector tip of the solid aluminum conductor and replace it with a correspondingly profiled smaller copper sector conductor.
A further embodiment consists in that a copper band bent at an angle is placed on the full or appropriately molded solid aluminum conductor, which extends around the inner sector tip and around the two adjoining sector flanks.
It is also possible that a round copper wire is placed on the correspondingly flattened solid aluminum sector conductor instead of the inner sector tip.
These three embodiments of the invention are shown schematically in Figures 11-13 of the drawings. In all three figures, the insulation made of plastic and pressed around the neutral conductor firmly and without cavities is again designated by 6.
In FIG. 11, the solid aluminum conductor, the inner sector tip of which has been cut off, is denoted by 4 '.
The correspondingly profiled smaller copper sector conductor is labeled 5+; he completes the neutral conductor again to the full cross section.
In FIG. 12, the aluminum sector conductor 4 ″ has the full cross-section. The copper tape wrapped around the inner sector tip and the two adjoining sector flanks is denoted by 5 ++.
In FIG. 13, the sector 4 is flattened in the area of its inner sector tip. The round copper wire lying in the flat area is denoted by 5 as in FIG.
The embodiment according to FIG. 12 has the advantage that the aluminum neutral conductor has the same design as the phase conductor. The modified cross-sections of the solid aluminum conductor in FIGS. 11 and 13 can easily be produced by pressing out on an aluminum extrusion press with correspondingly shaped mouthpieces.
This also applies to the case in which, in the embodiment according to FIG. 12, the aluminum conductor 4 ″ is formed at its tip and the flanks in such a way that the copper tape 5 ++ is in the normal profile of the neutral conductor.
This development of the invention has the advantage that the more corrosion-resistant, profiled or round conductor strand is closest to the cable cross-section center and two phase conductors, so that in the event of corrosion, the desired short-circuit formation and disconnection of the cable sections for the purpose of self-cleaning of the power supply networks is accelerated.
The fixed and cavity-free pressing around the new neutral conductor with the plastic insulation takes the place of pressing the more corrosion-resistant wire with the solid aluminum conductor according to the consideration on which this development of the invention is based. The otherwise feared risk of corrosion with aluminum-copper conductor combinations is, according to this consideration, also sufficiently eliminated for the operating time of the power cable, during which the neutral conductor has not been damaged from the outside. If deemed necessary, a special anti-corrosive compound or layer of varnish can be applied before the new neutral conductor is pressed with the plastic insulation to provide further protection against undesired corrosion.
After the manufacturing attempts already made, the manufacture of the new neutral conductor according to FIGS. 11-13 is possible without any particular difficulties.
The more corrosion-resistant conductor strand, i.e. the copper conductors 5+, 5 ++ and 5 in the illustrated embodiments, can run into the correspondingly shaped mouthpiece of the machine pressing on the plastic insulation. Experience has shown that the extruded plastic fills all cavities in a pressed cross-section firmly and without cavities.
PATENT CLAIM I
Plastic-insulated and sheathed power cable with aluminum conductors, characterized in that the neutral conductor consists of a conductor strand that is more corrosion-resistant than aluminum and a solid aluminum conductor either pressed around it or pressed together with it without cavities, the cross-section of which is larger than the cross-section of the
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