BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein selbsttragendes Freileitungsseil mit mehreren metallischen Drähten und mindestens einem Zug entlastungselement aus einer Vielzahl von strangartig zueinan der angeordneten Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungs fasern mit einem Bindematerial getränkt sind und ein Verbund element bilden.
Ein Freileitungsseil dieser Art ist aus der europäischen Pa tentschrift Nr. 25 461 bekannt. Bei diesem Freileitungsseil sind die metallischen Drähte und das Zugentlastungselement je in einem voneinander unabhängigen Querschnitt angeordnet. Das Zugentlastungselement besteht aus etwa parallel zueinander ver laufenden Kunstfasern, welche von einem Schutzmantel umge ben sind, wobei dieser Schutzmantel gleichzeitig die metalli schen Drähte umschliesst und die Verbindung zwischen den bei den Querschnitten herstellt. Der Schutzmantel ist auch notwen dig, um die Kunstfasern vor ultravioletten Strahlen, z.B. infolge des Sonnenlichtes, zu schützen.
Mit Freileitungsseilen dieser Art können grosse Spannweiten zwischen den Aufhänge masten überbrückt werden, da die Kunstfasern eine wesentlich höhere Zugspannung aufnehmen können als die metallischen Drähte. Als geeignete Kunstfasern werden Fasern aus organi schen Polymeren beschrieben. Die Kunstfasern sind mit einem Bindermaterial, z.B. einem natürlichen Harz, getränkt, wobei dieses Harz bei Überbeanspruchung in Pulver zerfallen soll. Da Freileitungsseile dieser Art eine Ummantelung zur Verbindung des Zugentlastungselementes mit den metallischen Drähten be nötigen, ist der Aufbau kompliziert und aufwendig.
Sie finden in der Praxis vorwiegend bei Spezialanwendungen, zum Beispiel als Übertragungsleitungen für Steuersignale, Verwendung, sind jedoch insbesondere für Hochspannungsfreileitungen wegen der hohen Herstellkosten nicht geeignet. Bei Hochspannungsfreilei tungen besteht zudem die Forderung nach einem optimalen Verhältnis zwischen dem Gesamtquerschnitt des Freileitungssei- les und der für die Stromübertragung zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche.
Die heute bei Hochspannungsfreileitungen verwendeten Be- seilungen bestehen zumeist aus einer Kombination von Stahl- und Aluminiumdrähten oder aus hochfesten Aluminiumlegie rungen. Die Aluminiumdrähte werden wegen ihres geringen Gewichtes und der gleichzeitig relativ guten Leitfähigkeit einge setzt. Da sie eine geringe Zugfestigkeit aufweisen, müssen Frei leitungsseile aus Reinaluminiumdrähten mit Stahldrähten ver stärkt werden, welche jedoch das Gewicht derartiger Freilei- tungsseile erheblich erhöhen. Schwere Seile erfordern verstärkte Tragmasten.
Die Stahldrähte sind zudem für die Stromleitung nicht geeignet und korrosionsanfällig. Die Verwendung von zwei unterschiedlichen metallischen Materialien erhöht die Kor rosionsgefahr zusätzlich. Infolge der dichten Besiedlung ist es heute ausserordentlich schwierig, geeignete Trassen für Freilei tungen zu finden. Wegen des weiterhin zunehmenden Stombe- darfs sollten neue Trassen gebaut werden, was aus den erwähn ten Gründen auf Schwierigkeiten stösst.
Es wird deshalb ver sucht, die bestehenden Trassen besser auszunutzen, indem grös- sere Masten mit einer anderen Beseilung, d.h. Beseilungen mit einer höheren Übertragungsleistung, eingesetzt werden. In vie len Fällen ist jedoch eine weitere Verdichtung der bestehenden Freileitungstrassen aus verschiedenen Gründen ebenfalls nicht mehr möglich, und die Erhöhung der Übertragungsleistung stösst deshalb an Grenzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Freileitungs- seil zu schaffen, welches bei gleichem Gewicht einen grösseren Leiterquerschnitt für die Stromübertragung und damit eine hö here Übertragungsleistung aufweist als Stahl-Aluminium-Seile, einfach und wenn möglich auf den bekannten Verseilmaschinen herstellbar ist, keine zusätzlichen Mittel für die Herstellung der Verbindung zwischen Verstärkungselementen und metallischen Drähten und keine zusätzliche Ummantelung als Schutz gegen ultraviolette Strahlung benötigt.
Im weiteren ist es auch Aufga be der Erfindung, ein Freileitungsseil zu schaffen, welches bei gleicher Übertragungsleistung grössere Spannweiten zwischen den Masten ermöglicht sowie eine hohe Korrosionsbeständig keit und damit eine höhere Betriebssicherheit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Merkmalen der abhän gigen Patentansprüche.
Das erfindungsgemässe Freileitungsseil weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie ein aus Stahl- und Aluminiumdrähten oder z.B. der Aluminiumlegierung Aldrey bestehendes Freilei tungsseil auf. In zweckmässiger Weise finden für die Leiter Rein aluminiumdrähte Verwendung, da diese die kostengünstigste Lösung darstellen. Je nach Anwendungsfall können auch Dräh te aus Kupfer oder einem anderen leitenden Material eingesetzt werden.
Die Zugentlastungselemente bestehen aus Verbundele menten, welche aus in Bindemittel, vorzugsweise einem aushärt- baren Kunstharz, eingebetteten Verstärkungsfasern bestehen. Als Verstärkungsfasern sind grundsätzlich alle Fasern einsetz bar, welche bei Verbundwerkstoffen Verwendung finden kön nen. Als besonders geeignet erweisen sich Fasern aus aromati schen Polyamiden, Glasfasern oder sogenannte Kevlarfasern. Diese Fasern sind strangartig und etwa parallel zueinander an geordnet und so in einem ausgehärteten Reaktivkunstharz ein gelagert, dass sich ein stabförmiges Element mit fester Struktur und festem Querschnitt bildet.
Die Querschnittsform dieser Verbundelemente ist durch die gewünschte Art der Verstärkung des erfindungsgemässen Freileitungsseiles bestimmt. Eine be sonders einfache Herstellung des erfindungsgemässen Freilei- tungsseiles ist möglich, wenn die als Zugentlastungselemente dienenden Verbundelemente die gleiche Querschnittsfläche und -form aufweisen wie die metallischen Drähte.
Solche Verbund elemente können ohne Schwierigkeiten mit den metallischen Drähten verseilt werden, wobei die Anzahl der zwischen den metallischen Drähten eingelagerten Verbundelemente durch die gewünschte Zugfestigkeit des Freileitungsseiles bestimmt wird. Die Verbundelemente weisen durch die Einlagerung der Fasern in einem Bindemittel einen formstabilen Querschnitt auf, wel cher beim Verseilen durch die metallischen Drähte nicht zusam mengedrückt werden kann.
Dadurch ergibt sich im Gegensatz zu früheren Versuchen mit Zugentlastungselementen aus Ver stärkungsfasern die Möglichkeit, ein formbeständiges Freilei- tungsseil herzustellen, ohne dass zusätzliche Massnahmen not wendig sind. Die Verbundelemente weisen als Zugentlastungs- elemente gegenüber solchen aus Stahl je nach gewähltem Faser material ein um den Faktor 1,5 bis 4 geringeres Gewicht auf. Bei gleicher Zugfestigkeit der Entlastungselemente kann das Gewicht und damit der leitende Querschnitt der metallischen Drähte erhöht werden. Dies ergibt eine höhere Übertragungs leistung für ein Kabel von gleichem Gewicht.
Bei geeigneter Kombination von Verstärkungsfasern mit dem Kunstharz kön nen auch höhere Festigkeitswerte erreicht werden. Dies ergibt sich z.B. bei der Verwendung von Aramidfasern in Verbindung mit ungesättigten Polyesterharzen.
Ein noch kompakteres Freileitungsseil ergibt sich, wenn der gewünschte Leiterquerschnitt in herkömmlicher Weise vollstän dig aus metallischen Drähten, insbesondere den kostengünsti gen Reinaluminiumdrähten, bzw. -litzen hergestellt wird, und die Verbundelemente in die beim Verseilen entstehenden Hohl räume zwischen den Drähten eingelegt werden. Je nach gefor derter Festigkeit weisen die Verbundelemente bei dieser Lösung den grösstmöglichen runden Querschnitt auf, oder ihre Quer schnittsfläche entspricht dem Querschnitt des Hohlraumes.
Sol che Seile lassen sich zusätzlich verdichten, indem sie in der Ver- seilmatrize geglättet und zusammengepresst werden.
Bei Freileitungsseilen gemäss der Erfindung ist im weiteren die Gefahr der Korrosion praktisch ausgeschlossen, da im Ge gensatz zu bekannten Freileitungsseilen keine Verstärkungsele mente verwendet werden müssen, welche aus einem anderen metallischen Material als die Drähte bestehen. Die zumeist für die Drähte verwendeten Materialien Aluminium oder Kupfer sind von Natur aus korrosionsbeständig. Damit erhöht sich die Betriebs- und Langzeit-Sicherheit der Freileitungsseile.
Die Anordnung mit einem Hohlleiter im Kern ist einfach herstellbar und findet insbesondere als Erdseil Verwendung. In den Hohlleiter kann bei Bedarf ein optisches Kabel eingezogen werden, welches gegenüber den metallischen Drähten frei be weglich ist. Das optische Kabel bildet keinen Bestandteil der Tragstruktur und ist deshalb gut gegen Deformationen ge schützt.
Freileitungsseile gemäss der Erfindung weisen eine etwa 70% höhere Übertragungsleistung auf als herkömmliche Alumi niumstahlseile von gleichem Gewicht pro Längeneinheit. Dies macht es möglich, auf bestehenden Trassen bei Einsatz der er- findungsgemässen Seile höhere Leistungen zu übertragen. Bei gleicher Übertragungsleistung wird ein Freileitungsseil der erfin- dungsgemässen Art leichter, und die zugehörigen Tragmasten und Abspannungen können leichter und einfacher ausgebildet, oder es können grössere Spannweiten zwischen den einzelnen Masten vorgesehen werden.
Dies hat zur Folge, dass die Erstel- lungskosten solcher Freileitungstrassen reduziert werden und den weiteren Vorteil, dass kleinere Masten besser in die Land schaft eingepasst werden können.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Freilei- tungsseil mit in die Hohlräume eingelegten Verstärkungsele menten mit rundem Querschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Frei leitungsseil mit Verstärkungselementen, welche den gleichen Querschnitt wie die metallischen Drähte aufweisen, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit Ver stärkungselementen, welche unterschiedliche Querschnitte auf weisen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Kern und gleichem Querschnitt der Verbundelemente und der metallischen Drähte, Fig. 5 einen Querschnitt durch ein bündelverseiltes Freilei- tungsseil mit als Kern ausgebildeten Verstärkungselementen in jeder Litze.
Das in Fig. 1 dargestellte Freileitungsseil besteht aus metalli schen Drähten 1, welche in drei Lagen 7, 8 und 9 verseilt sind. Der Kern 2 ist ebenfalls aus einem metallischen Draht 1 gebil det. In den Hohlräumen 5, zwischen der ersten Lage 7 und der zweiten Lage 8 sowie in den Hohlräumen 6 zwischen der zwei ten Lage 8 und der dritten Lage 9 sind Verbundelemente 3, bzw. 4 angeordnet. Diese Verbundelemente 3, 4 bestehen aus Polyaramidfasern, welche in einem ausgehärteten Kunstharz eingebettet sind. Als Kunstharz wird in diesem Beispiel ein in Styrol gelöstes ungesättigtes Polyesterharz verwendet.
Solche Harze sind unter der Bezeichnung Leguval der Firma Bayer be kannt. Die Verbundelemente 3, 4 weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, welcher fest und formstabil ist. Die metalli schen Drähte 1 aller Lagen 7, 8 9 und der Kern 2 weisen einen Durchmesser von 3,36 mm auf und bestehen aus Reinalumini- um. Gesamthaft besteht das dargestellte Freileitungsseil aus 37 metallischen Drähten 1, womit sich ein leitender Querschnitt von<B>328</B> mm' ergibt. Die Verbundelemente 3 haben einen Durchmesser von 1,17 mm und die Verbundelemente 4 von 1,07 mm. Als weitere Kennwerte für das Seil ergeben sich dar aus ein Gewicht von 907 kg/km und eine Bruchkraft von ca. 80.000 N.
Der für den Vergleich von Freileitungsseilen und die Berechnung der Übertragungsleistung wichtige leitwertgleiche Kupferquerschnitt beträgt bei diesem Beispiel 201 mm z.
Ein herkömmliches Freileitungsseil aus Stahl-/Aluminium- drähten mit gleichem Gewicht pro km Länge weist nur einen i leitwertgleichen Querschnitt von 119 mm' auf.
Der leitende Querschnitt des Freileitungsseiles gemäss Fig. 1 ist somit um 69% grösser als beim herkömmlichen Stahl-/Aluminiumseil. Werden Freileitungsseile der herkömmlichen Art auf einem be stehenden Trasse durch Seile gemäss Fig. 1 ersetzt, so kann auf dem gleichen Trasse eine entsprechend höhere Leistung übertra gen werden.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit metallischen Drähten 1 und Verbundelementen 10, welche eben- falls zwischen den metallischen Drähten 1 angeordnet sind und den gleichen Querschnitt wie diese aufweisen. Als Verstärkungs elemente dienen auch hier Polyaramidfasern, welche gemein sam mit dem ausgehärteten Kunstharz zum stabförmigen Ver bundelement 10 mit kreisförmigem Querschnitt verarbeitet sind. Diese Verbundelemente 10 sind ebenso formstabil wie die metallischen Drähte 1 und können deshalb ohne Schwierigkei ten mit diesen metallischen Drähten 1 in bekannter Weise ver teilt werden.
In der ersten Lage werden zwei und in der zweiten Lage drei Verbundelemente 10 angeordnet. In der dritten und äusseren Lage 9 befinden sich keine Verbundelemente 10, da das verwendete Material nicht beständig gegen ultraviolette Strahlung ist. Die in der hier äussersten Lage 9 angeordneten metallischen Drähte 1, welche das Freileitungsseil entlang des ganzen Umfanges abdecken, bilden für die in den unteren La gen angeordneten Verbundelelemente 10 eine wirksame Schutz schicht gegen ultraviolette Strahlen. Es ist deshalb nicht nötig, einen zusätzlichen Schutzmantel um das Freileitungsseil anzu ordnen, da der durch die äussere Lage der metallischen Drähte 1 erreichbare Schutz genügend ist.
Wird das dargestellte Freilei- tungsseil aus metallischen Drähten aus Reinaluminium mit einem Durchmesser von 3,54 mm gebildet, so enthält das Seil 32 metallische Drähte 1. Der leitwertgleiche Kupferquerschnitt für dieses Seil beträgt 193 mm'. Im weiteren erhält das Seil ein Gewicht von 912 kg/km. Ein herkömmliches Freileitungsseil aus Stahl-Aluminiumdrähten, welches das gleiche Gewicht pro km aufweist hat wie schon oben erwähnt einen leitwertgleichen Kupferquerschnitt von 119 mm'.
Der leitende Querschnitt des Freileitungsseiles gemäss Figur 2 ist somit auch hier wesentlich grösser, nämlich 63%. Es ist offensichtlich, dass auch bei dieser erfindungsgemässen Ausführung bei gleicher Gewichtsbelastung eines Trasses wesentlich höhere Leistungen übertragen werden können. Gleichzeitig weist das erfindungsgemässe Seil eine hö here Festigkeit auf, indem die Bruchfestigkeit ca. 55% höher ist als beim erwähnten Stahl-Aluminiumseil. Damit ergibt sich die Möglichkeit, bei erhöhter Übertragungsleistung auch die Di stanz zwischen Abstütz-Masten und/oder den Durchhang der Freileitungsseile zu reduzieren.
Sollte die Festigkeit des Seiles noch höher sein, so kann diese noch gesteigert werden, indem in die Hohlräume 5, 6 zusätzliche Verbundelemente 3, 4 ent sprechend der Anordnung in Figur 1 eingelegt werden. Da der Seilaufbau und der Leiterquerschnitt dadurch nicht verändert werden, ergibt sich für den Seilkonstrukteur ein wesentlich grösserer Spielraum für die Berechnung, als es bei den her kömmlichen Seilen möglich war.
Das in Figur 3 im Querschnitt dargestellte Freileitungsseil zeigt eine Ausführungsform, welche auf einer Verseilmaschine mit einer beschränkten Anzahl von Drahtzuführungen herstell- bar ist. Weist die Verseilmaschine z.B. nur 48 Drahtzuführun gen auf, so lässt sich ein Seil gemäss Figur 1 nicht in einem Ar beitsgang herstellen. Das Freileitungsseil gemäss Figur 3 weist als Kern 2 und in der inneren Lage 7 gesamthaft vier Verbund elemente 10 auf, welche den gleichen Querschnitt wie die metal lischen Drähte 1 haben.
In den Hohlräumen 5 der inneren Lage 2 sind sechs zusätzliche Verbundelemente 3 mit kleinerem Quer schnitt eingelegt und mit den Drähten 1 verseift. Diese Kombi nation von dreiunddreissig Drähten 1, vier Verbundelementen 10 und sechs Verbundelementen 3 lässt sich in einem Arbeits gang auf einer Verseilmaschine mit 48 Drahtzuführungen her stellen. Die Verbundelemente 10 und 3 sind auch hier aus Poly- aramidfasern, welche in ein ausgehärtetes Kunstharz eingelagert sind, gebildet. Je nach Bedürfnissen können unterschiedliche Anordnungskombinationen der verschiedenen Querschnitte der Verbundelemente 3 und 10 gewählt werden.
Vergleicht man die ses Seil wiederum mit Freileitungsseilen herkömmlicher Art, so zeigt sich, dass ein Stahl-Aluminiumseil mit leitwertgleichem Kupferquerschnitt ein Gewicht pro km aufweist, welches ca. 64% höher ist. Bei einem Seil aus Aldrey, einer bekannten und häufig verwendeten Aluminiumlegierung mit leitwertgleichem Kupferquerschnitt ist das Gewicht pro km immer noch ca. 53% höher. Bei gleicher Übertragungsleistung müssen somit Trassen, welche mit Seilen der herkömmlichen Art bestückt sind mit we sentlich massiveren Masten und stärkeren Abspannungen aus gerüstet werden.
Auch bei dem in Figur 3 dargestellten Freileitungsseil sind die Verbundelemente 3 und 10 vollständig von metallischen Drähten 1 umgeben und dadurch vor der Einwirkung der schädlichen ultravioletten Strahlung geschützt. Bei Bedarf kön nen auf das hier dargestellte Seil noch weitere Lagen von Dräh ten aufgebracht und zu einem grösseren Seil verseift werden.
Das in Figur 4 dargestellte Freileitungsseil entspricht im Aufbau der metallischen Drähte 1 und der Verbundelemente 10 dem Freileitungsseil gemäss Figur 2. Die inneren Lagen sind beim dargestellten Seil jedoch durch einen Hohlkörper 16 er setzt, welcher einen Hohlraum 17 aufweist. Zusätzlich weist das Seil eine äussere Lage 15 von metallischen Drähten 1 auf, und die Verbundelemente 10 sind alle in der hier inneren Lage 9 an geordnet. Das dargestellte Seil findet insbesondere als Erdungs- seil Verwendung. In den Hohlraum 17 des Hohlkörpers 16 kön nen bei Bedarf optische Leiter eingeschoben werden.
Mit Vor teil weisen diese optischen Leiter eine Wellenform auf, wodurch allfällige Längenänderungen oder Deformationen des Freilei- tungsseiles ausgeglichen werden können. Diese Ausführung ist eine besonders einfache und günstige Kombination eines Freilei- tungsseiles mit metallischen Drähten und integriertem opti schem Leiter.
Das Freileitungsseil gemäss Figur 5 besteht aus sieben Litzen 18, welche bündelverseift sind. Jede Litze 18 ist aus sechs metal lischen Drähten 19 gebildet, welche um ein Verbundelement 20 angeordnet sind, welches gleichzeitig als Kern der Litze 18 dient. Das Verbundelement 20 besteht auch hier aus Polyara- midfasern, welche mit einem in Styrol gelösten ungesättigten Polyesterharz getränkt und zu einem Draht mit kreisförmigem Querschnitt geformt und gehärtet wurden. Um dieses formsta bile Verbundelement 20 können die metallischen Drähte 19 oh ne Schwierigkeiten verseift und zu einer Litze 18 geformt wer den.
Das Verbundelement 20 ist wiederum allseitig von metalli schen Drähten 19 umgeben und dadurch vor dem Einfluss von ultravioletten Strahlen und auch vor Verschmutzung geschützt. Für die metallischen Drähte 19 wird im gezeigten Beispiel Bein aluminium verwendet, welches aber auch durch ein anderes Lei termaterial ersetzt werden kann. Die Drähte 19 weisen einen Durchmesser von 3,15 mm und die Verbundelemente 20 von 3,21 mm auf. Damit ergibt sich ein Gewicht von 1027 kg/km.
Bei Verwendung von Beinaluminium für die Drähte 19 beträgt der leitwertgleiche Kupferquerschnitt 228 mmZ. Gegenüber einem herkömmlichen Freileitungsseil aus Stahl- und Alumini umdrähten mit gleichem Gewicht ist der leitende Querschnitt ca. 35% grösser, und das Seil weist gleichzeitig eine ca. 50% höhere Bruchkraft, nämlich von ca. 150 kN auf.
DESCRIPTION The invention relates to a self-supporting overhead line cable with several metallic wires and at least one strain relief element from a plurality of strand-like zueinan arranged reinforcing fibers, the reinforcing fibers are soaked with a binding material and form a composite element.
An overhead line rope of this type is known from the European patent document No. 25 461. In this overhead line cable, the metallic wires and the strain relief element are each arranged in an independent cross section. The strain relief element consists of approximately parallel to each other running synthetic fibers, which are surrounded by a protective sheath, this protective sheath simultaneously enclosing the metallic wires and establishing the connection between the cross-sections. The protective jacket is also necessary to protect the synthetic fibers from ultraviolet rays, e.g. due to sunlight.
With overhead line cables of this type, large spans can be bridged between the masts, since the synthetic fibers can absorb a much higher tensile stress than the metallic wires. Fibers made from organic polymers are described as suitable synthetic fibers. The synthetic fibers are covered with a binder material, e.g. a natural resin, soaked, which resin should disintegrate into powder when overused. Since overhead line cables of this type require a sheath to connect the strain relief element to the metallic wires, the structure is complicated and expensive.
They are mainly used in practice for special applications, for example as transmission lines for control signals, but are not particularly suitable for high-voltage overhead lines because of the high manufacturing costs. In the case of high-voltage overhead lines, there is also a demand for an optimal ratio between the total cross section of the overhead line cable and the cross-sectional area available for power transmission.
The cables used in high-voltage overhead lines today mostly consist of a combination of steel and aluminum wires or of high-strength aluminum alloys. The aluminum wires are used because of their low weight and the relatively good conductivity. Since they have a low tensile strength, overhead line ropes made of pure aluminum wires must be reinforced with steel wires, which, however, considerably increase the weight of such overhead line ropes. Heavy ropes require reinforced masts.
The steel wires are also not suitable for power lines and are susceptible to corrosion. The use of two different metallic materials increases the risk of corrosion. As a result of the dense population, it is extremely difficult to find suitable routes for overhead lines today. Due to the increasing demand for electricity, new routes should be built, which is encountering difficulties for the reasons mentioned.
An attempt is therefore made to make better use of the existing routes by using larger masts with a different cable, i.e. Ropes with a higher transmission power can be used. In many cases, however, further densification of the existing overhead line routes is no longer possible for various reasons, and the increase in transmission capacity is therefore limited.
It is an object of the present invention to provide an overhead line cable which, with the same weight, has a larger conductor cross-section for power transmission and thus a higher transmission power than steel-aluminum ropes, is simple and, if possible, can be produced on the known stranding machines, none additional means for the connection between reinforcing elements and metallic wires and no additional sheathing as protection against ultraviolet radiation is required.
Furthermore, it is also the task of the invention to provide an overhead line cable which, with the same transmission power, enables larger spans between the masts and has a high level of corrosion resistance and thus a higher level of operational reliability.
This object is achieved by the features defined in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous further developments result from the features of the dependent claims.
The overhead line cable according to the invention has essentially the same structure as that of steel and aluminum wires or e.g. existing aluminum cable on Aldrey. Purely aluminum wires are expediently used for the conductors, since these represent the most cost-effective solution. Depending on the application, wires made of copper or another conductive material can also be used.
The strain relief elements consist of composite elements, which consist of reinforcing fibers embedded in a binder, preferably a curable synthetic resin. All fibers that can be used in composite materials can be used as reinforcing fibers. Fibers made from aromatic polyamides, glass fibers or so-called Kevlar fibers have proven particularly suitable. These fibers are strand-like and arranged approximately parallel to one another and so stored in a hardened reactive resin that a rod-shaped element with a solid structure and a fixed cross-section is formed.
The cross-sectional shape of these composite elements is determined by the desired type of reinforcement of the overhead line cable according to the invention. A particularly simple manufacture of the overhead line cable according to the invention is possible if the composite elements serving as strain relief elements have the same cross-sectional area and shape as the metallic wires.
Such composite elements can be stranded with the metallic wires without difficulty, the number of composite elements embedded between the metallic wires being determined by the desired tensile strength of the overhead line cable. Due to the incorporation of the fibers in a binding agent, the composite elements have a dimensionally stable cross-section, which cannot be squeezed together when stranded by the metallic wires.
In contrast to previous experiments with strain relief elements made of reinforcing fibers, this gives the possibility of producing a dimensionally stable overhead line cable without additional measures being necessary. Compared to steel, the composite elements are 1.5 to 4 times lighter than those made of steel, depending on the fiber material selected. With the same tensile strength of the relief elements, the weight and thus the conductive cross section of the metallic wires can be increased. This results in a higher transmission performance for a cable of the same weight.
With a suitable combination of reinforcing fibers with the synthetic resin, higher strength values can also be achieved. This results e.g. when using aramid fibers in combination with unsaturated polyester resins.
An even more compact overhead line cable is obtained if the desired conductor cross section is produced in a conventional manner completely from metallic wires, in particular the inexpensive pure aluminum wires or strands, and the composite elements are inserted into the cavities between the wires that arise during stranding. Depending on the required strength, the composite elements in this solution have the largest possible round cross-section, or their cross-sectional area corresponds to the cross-section of the cavity.
Such ropes can also be compressed by smoothing and pressing them together in the stranding matrix.
In overhead line cables according to the invention, the risk of corrosion is practically excluded, since in contrast to known overhead line cables, no reinforcement elements need to be used, which consist of a different metallic material than the wires. The materials aluminum or copper mostly used for the wires are inherently corrosion-resistant. This increases the operational and long-term safety of the overhead line cables.
The arrangement with a waveguide in the core is easy to manufacture and is used in particular as an earth rope. If necessary, an optical cable can be drawn into the waveguide, which can be moved freely with respect to the metallic wires. The optical cable does not form part of the supporting structure and is therefore well protected against deformation.
Overhead cables according to the invention have an approximately 70% higher transmission capacity than conventional aluminum steel cables of the same weight per unit length. This makes it possible to transmit higher outputs on existing routes when using the ropes according to the invention. With the same transmission power, an overhead line cable of the type according to the invention becomes lighter, and the associated supporting masts and guy lines can be made lighter and simpler, or larger spans can be provided between the individual masts.
This has the consequence that the construction costs of such overhead lines are reduced and the further advantage that smaller masts can be better integrated into the landscape.
In the following, exemplary embodiments and further advantages of the invention are explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a cross section through an overhead line cable according to the invention with reinforcement elements with a round cross section inserted into the cavities, FIG. 2 shows a cross section through an overhead line cable according to the invention with reinforcement elements which have the same cross section as the metallic wires, 3 shows a cross section through an overhead line cable with reinforcement elements which have different cross sections,
4 shows a cross section through an overhead line cable with a core designed as a hollow body and the same cross section of the composite elements and the metallic wires, FIG. 5 shows a cross section through a bundled stranded overhead line cable with reinforcing elements designed as a core in each strand.
The overhead line cable shown in Fig. 1 consists of metallic wires 1, which are stranded in three layers 7, 8 and 9. The core 2 is also made of a metallic wire 1 gebil det. In the cavities 5, between the first layer 7 and the second layer 8 and in the cavities 6 between the two-th layer 8 and the third layer 9, composite elements 3 and 4 are arranged. These composite elements 3, 4 consist of polyaramid fibers, which are embedded in a hardened synthetic resin. In this example, an unsaturated polyester resin dissolved in styrene is used as the synthetic resin.
Such resins are known under the name Leguval from Bayer. The composite elements 3, 4 have a circular cross section, which is firm and dimensionally stable. The metallic wires 1 of all layers 7, 8 9 and the core 2 have a diameter of 3.36 mm and consist of pure aluminum. Overall, the overhead line cable shown consists of 37 metallic wires 1, which results in a conductive cross section of <B> 328 </B> mm '. The composite elements 3 have a diameter of 1.17 mm and the composite elements 4 of 1.07 mm. A further characteristic value for the rope is a weight of 907 kg / km and a breaking strength of approx. 80,000 N.
The conductance-equivalent copper cross-section, which is important for the comparison of overhead line cables and the calculation of the transmission power, is 201 mm in this example.
A conventional overhead line cable made of steel / aluminum wires with the same weight per km in length only has a cross-section of 119 mm 'with the same conductance value.
The conductive cross section of the overhead line cable according to FIG. 1 is thus 69% larger than that of the conventional steel / aluminum cable. If overhead lines of the conventional type are replaced by ropes according to FIG. 1 on an existing route, a correspondingly higher performance can be transmitted on the same route.
2 shows a cross section through an overhead line cable with metallic wires 1 and composite elements 10, which are likewise arranged between the metallic wires 1 and have the same cross section as these. Polyaramide fibers, which are processed together with the hardened synthetic resin to form a rod-shaped composite element 10 with a circular cross section, also serve as reinforcement elements here. These composite elements 10 are as dimensionally stable as the metallic wires 1 and can therefore be divided without difficulty with these metallic wires 1 in a known manner.
Two composite elements 10 are arranged in the first layer and three in the second layer. There are no composite elements 10 in the third and outer layer 9, since the material used is not resistant to ultraviolet radiation. The arranged here in the outermost layer 9 metallic wires 1, which cover the overhead line along the entire circumference, form an effective protective layer against ultraviolet rays for the composite elements 10 arranged in the lower layers. It is therefore not necessary to arrange an additional protective sheath around the overhead line cable, since the protection that can be achieved by the outer position of the metallic wires 1 is sufficient.
If the illustrated overhead line rope is formed from metallic wires made of pure aluminum with a diameter of 3.54 mm, the rope contains 32 metallic wires 1. The copper cross section for this rope with the same conductance value is 193 mm '. The rope also has a weight of 912 kg / km. A conventional overhead line cable made of steel-aluminum wires, which has the same weight per km as already mentioned above, has a copper cross section of 119 mm 'with the same conductance value.
The conductive cross section of the overhead line cable according to FIG. 2 is therefore also substantially larger here, namely 63%. It is obvious that even in this embodiment according to the invention, significantly higher outputs can be transmitted with the same weight load on a route. At the same time, the rope according to the invention has a higher strength in that the breaking strength is approximately 55% higher than that of the steel-aluminum rope mentioned. This results in the possibility of reducing the distance between support masts and / or the sag of the overhead line cables with increased transmission power.
If the strength of the rope is even higher, it can be increased further by inserting additional composite elements 3, 4 into the cavities 5, 6 in accordance with the arrangement in FIG. 1. Since the rope structure and the conductor cross-section are not changed as a result, the rope designer has a considerably greater scope for the calculation than was possible with the conventional ropes.
The overhead line cable shown in cross section in FIG. 3 shows an embodiment which can be produced on a stranding machine with a limited number of wire feeds. If the stranding machine has e.g. only 48 wire feeds, a rope according to FIG. 1 cannot be produced in one operation. The overhead line cable according to Figure 3 has as core 2 and in the inner layer 7 in total four composite elements 10, which have the same cross section as the metallic wires 1.
In the cavities 5 of the inner layer 2 six additional composite elements 3 are inserted with a smaller cross section and saponified with the wires 1. This combination of thirty-three wires 1, four composite elements 10 and six composite elements 3 can be produced in one operation on a stranding machine with 48 wire feeders. Here, too, the composite elements 10 and 3 are formed from polyamide fibers, which are embedded in a hardened synthetic resin. Depending on the needs, different combinations of arrangements of the different cross sections of the composite elements 3 and 10 can be selected.
If one compares this rope with conventional overhead line ropes, it can be seen that a steel-aluminum rope with a copper cross section of the same conductance value has a weight per km, which is approx. 64% higher. With a rope made of Aldrey, a well-known and frequently used aluminum alloy with a copper cross-section with the same conductance, the weight per km is still approx. 53% higher. With the same transmission capacity, routes that are equipped with ropes of the conventional type must be equipped with considerably more massive masts and stronger guy lines.
Also in the overhead line cable shown in Figure 3, the composite elements 3 and 10 are completely surrounded by metallic wires 1 and thereby protected from the action of harmful ultraviolet radiation. If necessary, additional layers of wires can be applied to the rope shown here and saponified to form a larger rope.
The overhead line rope shown in FIG. 4 corresponds in structure to the metallic wires 1 and the composite elements 10 to the overhead line rope according to FIG. 2. The inner layers in the rope shown are, however, set by a hollow body 16 which has a cavity 17. In addition, the rope has an outer layer 15 of metallic wires 1, and the composite elements 10 are all arranged in the inner layer 9 here. The rope shown is used in particular as an earthing rope. In the cavity 17 of the hollow body 16 NEN optical conductors can be inserted if necessary.
Some of these optical conductors have a waveform, which means that any changes in length or deformation of the overhead line cable can be compensated for. This version is a particularly simple and inexpensive combination of an overhead line cable with metallic wires and an integrated optical conductor.
The overhead line cable according to Figure 5 consists of seven strands 18 which are saponified. Each strand 18 is formed from six metallic wires 19 which are arranged around a composite element 20, which also serves as the core of the strand 18. Here too, the composite element 20 consists of polyamide fibers which have been impregnated with an unsaturated polyester resin dissolved in styrene and shaped and hardened into a wire with a circular cross section. Around this form-stable composite element 20, the metallic wires 19 can be saponified without difficulty and formed into a strand 18 who the.
The composite element 20 is in turn surrounded on all sides by metallic wires 19 and thereby protected against the influence of ultraviolet rays and also against contamination. Leg aluminum is used for the metallic wires 19 in the example shown, but this can also be replaced by another Lei termaterial. The wires 19 have a diameter of 3.15 mm and the composite elements 20 of 3.21 mm. This results in a weight of 1027 kg / km.
When using leg aluminum for the wires 19, the copper cross section with the same conductance value is 228 mmZ. Compared to a conventional overhead cable made of steel and aluminum wires with the same weight, the conductive cross-section is approx. 35% larger, and the cable also has an approx. 50% higher breaking strength, namely of approx. 150 kN.