CH712791B1

CH712791B1 - Power transmission device with at least one three-phase cable.

Info

Publication number: CH712791B1
Application number: CH01016/16A
Authority: CH
Inventors: Fischbacher Christian
Original assignee: Cfw Emv Consulting Ag
Priority date: 2016-08-06
Filing date: 2016-08-06
Publication date: 2020-03-31
Also published as: EP3279901A1; CH712791A2

Abstract

Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung weist mindestens ein Drehstromkabel (1) auf, mit einem zentralen Schutzleiter (2), um den Phasenleiter (3, 4, 5) verseilt sind. Pro Phase sind mindestens je zwei gleiche Phasenleiter (3, 4, 5) vorhanden, die jeweils gemeinsam einen zwei- oder mehrteiligen Phasenleiter (3, 4, 5) bilden, wozu sie an mindestens je zwei Verbindungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Abstand (8) zwischen diesen Verbindungspunkten entspricht einem Vielfachen der Schlaglänge der Verseilung. In bevorzugter Ausführung sind sechs Phasenleiter (3, 4, 5) spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei die drei zusammengehörenden und jeweils einer Phase zugeordneten Phasenleiter (3, 4, 5) jeweils einander auf einer Symmetrieachse (D) diametral gegenüberliegen, die durch den Schutzleiter (2) führt. Der Abstand (R) zwischen dem Zentrum (Z) des Schutzleiters (2) und der jeweiligen Mitte (M) der Phasenleiter (3, 4, 5) ist gleich dem Abstand (S) zwischen den Mitten (M) benachbarter Phasenleiter (3, 4, 5), also einer Seite eines dadurch gebildeten, gedachten Sechsecks. Vorzugsweise ist eine HF-Abschirmung (10) vorhanden. Dieses Drehstromkabel (1) zeichnet sich durch eine extrem niedrige Magnetfeldabstrahlung aus. Es ist induktionsfrei gegenüber dem Schutzleiter (2) und weist einen sehr hohen Wirkungsgrad bei kleinem Querschnitt auf. Beispielsweise ist es zwischen Frequenzumrichter und Motoren einsetzbar.The power transmission device according to the invention has at least one three-phase cable (1) with a central protective conductor (2) around which the phase conductor (3, 4, 5) is stranded. There are at least two identical phase conductors (3, 4, 5) per phase, each of which together form a two-part or multi-part phase conductor (3, 4, 5), for which purpose they are connected to one another in an electrically conductive manner at at least two connection points. The distance (8) between these connection points corresponds to a multiple of the lay length of the stranding. In a preferred embodiment, six phase conductors (3, 4, 5) are arranged in mirror symmetry, the three associated phase conductors (3, 4, 5), each assigned to a phase, diametrically opposite each other on an axis of symmetry (D), which is separated by the protective conductor (2 ) leads. The distance (R) between the center (Z) of the protective conductor (2) and the respective center (M) of the phase conductors (3, 4, 5) is equal to the distance (S) between the centers (M) of adjacent phase conductors (3, 4, 5), that is, one side of an imaginary hexagon formed thereby. An RF shield (10) is preferably provided. This three-phase cable (1) is characterized by extremely low magnetic field radiation. It is induction-free compared to the protective conductor (2) and has a very high efficiency with a small cross-section. For example, it can be used between a frequency converter and motors.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel. The present invention relates to a power transmission device with at least one three-phase cable.

[0002] Insbesondere geht es um ein Kabel beziehungsweise Starkstromkabel für Drehstrom. Solche Kabel sind auch als Drehstromkabel bekannt. Beispielsweise soll dieses Drehstromkabel zwischen Frequenzumrichter und Motoren einsetzbar sein, wo besondere Anforderungen gestellt werden. In particular, it is a cable or power cable for three-phase current. Such cables are also known as three-phase cables. For example, this three-phase cable should be usable between the frequency converter and motors where special requirements are placed.

[0003] Bisher bekannte Drehstromkabel weisen beispielsweise mehrere um eine Kabelseele verseilte Phasenleiter auf. Bekannt sind auch Lösungen mit drei Phasen- und drei Schutzleitern. Diese Konstruktionen genügen fallweise in Netzen für Niederfrequenzdrehstrom. Im Fall von Mittelfrequenzdrehstrom und insbesondere im obigen Einsatzbeispiel, stellt sich jedoch eine Reihe von erheblichen Nachteilen ein. Unter anderem kommt es zu relativ hohen Übertragungsverlusten, problematischen Induktionsströmen und Magnetfeldabstrahlungen. Previously known three-phase cables have, for example, several phase conductors stranded around a cable core. Solutions with three phase and three protective conductors are also known. These constructions are sometimes sufficient in networks for low-frequency three-phase current. In the case of medium-frequency three-phase current and in particular in the example above, however, there are a number of considerable disadvantages. Among other things, there are relatively high transmission losses, problematic induction currents and magnetic field radiation.

[0004] Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse setzt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel zu schaffen, bei der die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden können. On the basis of these findings, the invention has for its object to provide a power transmission device with at least one three-phase cable, in which the disadvantages mentioned can be largely avoided.

[0005] Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind aus den abhängigen Patentansprüchen ersichtlich. The power transmission device according to the invention corresponds to the characterizing features of claim 1. Further advantageous developments of the inventive concept can be seen from the dependent claims.

[0006] Ab zirka 35 mm<2>Leiterquerschnitt erhöht sich der Wirkwiderstand bei Wechselstrom infolge des Skin- und Proximity-Effekts. Durch die Aufteilung eines einzelnen Phasenleiters in mehrere Teilleiter kann man diesen Effekten entgegenwirken. Beispielsweise lässt sich mit 2 × 95 mm<2>mindestens gleichviel Strom übertragen wie mit 1 × 240 mm<2>. Dies bedeutet weniger Cu-Verbrauch, dadurch leichter, flexibler und günstiger. Für den Einsatz bei Frequenzumrichtern (FU) wird das Drehstromkabel zusätzlich abgeschirmt. Diese Abschirmung dämpft die elektromagnetische Feldabstrahlung bis 30 MHz um mindestens 80 dB. From about 35 mm <2> conductor cross-section, the effective resistance increases with alternating current due to the skin and proximity effect. By dividing a single phase conductor into several sub-conductors, one can counteract these effects. For example, 2 × 95 mm <2> can transmit at least as much current as 1 × 240 mm <2>. This means less copper consumption, making it lighter, more flexible and cheaper. The three-phase cable is additionally shielded for use with frequency converters. This shield attenuates the electromagnetic field radiation up to 30 MHz by at least 80 dB.

[0007] Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt einen Schnitt durch das Drehstromkabel der Stromübertragungseinrichtung; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt, rein schematisch, die einander zugeordneten Phasenleiter.A preferred embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. <tb> Fig. 1 <SEP> shows a section through the three-phase cable of the power transmission device; <tb> Fig. 2 <SEP> shows the purely schematically assigned phase conductors.

[0008] Im vorliegenden Beispiel weist die Stromübertragungseinrichtung ein Drehstromkabel 1 auf, mit einem zentralen, in der Zeichnung auch mit PE gekennzeichneten Schutzleiter 2, um den sich eine Mehrzahl von Phasenleitern 3, 4 und 5 gruppiert. Der zentrisch geführte Schutzleiter 2 darf kein stromführender Leiter sein, sondern ausschliesslich ein PE-Leiter. In the present example, the power transmission device has a three-phase cable 1, with a central, in the drawing also marked with PE protective conductor 2, around which a plurality of phase conductors 3, 4 and 5 are grouped. The centrally routed protective conductor 2 must not be a live conductor, but only a PE conductor.

[0009] Für die Erfindung wesentlich ist, dass pro Phase mindestens je zwei gleiche Phasenleiter 3 oder 4 oder 5 vorhanden sind. Diese Paarungen sind in der Zeichnung jeweils auch als L1a/L1b, L2a/L2b und L3a/L3b gekennzeichnet. Das heisst, die drei Paarungen bilden jeweils gemeinsam einen zweiteiligen Phasenleiter 3, 4 und 5 für jeweils eine Phase. Dementsprechend sind im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Phasen vorhanden. Durch diese Anordnung wird das Induktionsproblem auf den Schutzleiter 2 gelöst. It is essential for the invention that at least two identical phase conductors 3 or 4 or 5 are present per phase. These pairings are also identified in the drawing as L1a / L1b, L2a / L2b and L3a / L3b. This means that the three pairs each form a two-part phase conductor 3, 4 and 5 for one phase each. Accordingly, three phases are present in the illustrated embodiment. This arrangement solves the problem of induction on the protective conductor 2.

[0010] Die jeweils zusammengehörenden Phasenleiter 3, 4 und 5 einer Phase der Stromübertragungseinrichtung sind an mindestens zwei Verbindungspunkten 6 und 7 elektrisch leitend miteinander verbunden. Vorzugsweise wird dies an den Kabelenden der Fall sein, so wie dies rein schematisch in Fig. 2 angedeutet ist. Fig. 2 ist im Übrigen für die Anordnung der Phasenleiter 3, 4 und 5 sowie des ohnehin nur angedeuteten Schutzleiters 2 nicht massgebend. Nicht dargestellt ist in Fig. 2 die technisch ohnehin bekannte Verseilung der Phasenleiter 3, 4 und 5. Diese sind derart um den Schutzleiter 2 verseilt, dass Letzterer eine durchgehende Kabelseele bildet. Die Schlaglänge der Verseilung beträgt vorzugsweise maximal 1 m, wobei dies abhängig vom Querschnitt des Drehstromkabels 1 ist. Der Abstand 8 zwischen den mindestens zwei Verbindungspunkten 6 und 7 entspricht einem Mehrfachen der Schlaglänge der Verseilung. Beispiel: Wenn die Schlaglänge 0,5 m beträgt, dann wird dieser Abstand 8 mindestens 1 m betragen; oder 1,5 m, 2 m, 2,5 m und so weiter. Durch diese Massnahme wird das Gegeninduktionsproblem gelöst. The respectively associated phase conductors 3, 4 and 5 of a phase of the current transmission device are electrically conductively connected to one another at at least two connection points 6 and 7. This will preferably be the case at the cable ends, as is indicated purely schematically in FIG. 2. 2 is otherwise not decisive for the arrangement of the phase conductors 3, 4 and 5 and of the protective conductor 2, which is only indicated in any case. Not shown in FIG. 2 is the stranding of the phase conductors 3, 4 and 5, which is known in any case from a technical point of view. The lay length of the stranding is preferably a maximum of 1 m, this being dependent on the cross section of the three-phase cable 1. The distance 8 between the at least two connection points 6 and 7 corresponds to a multiple of the lay length of the stranding. Example: If the lay length is 0.5 m, then this distance 8 will be at least 1 m; or 1.5 m, 2 m, 2.5 m and so on. This measure solves the mutual induction problem.

[0011] Die Phasenleiter 3, 4 und 5 sind, im Kabelquerschnitt betrachtet, spiegelsymmetrisch so angeordnet, dass die zusammengehörenden und jeweils einer gemeinsamen Phase zugeordneten Phasenleiter 3 oder 4 oder 5 jeweils einander auf einer Symmetrieachse D diametral gegenüberliegen, die annähernd durch das Zentrum Z des Schutzleiters 2 führt. The phase conductors 3, 4 and 5 are, viewed in cable cross-section, arranged mirror-symmetrically so that the associated phase conductors 3 or 4 or 5, each associated with a common phase, are diametrically opposite to each other on an axis of symmetry D, which is approximately through the center Z of the protective conductor 2 leads.

[0012] Verbindet man die jeweiligen Mitten M der sechs Phasenleiter 3, 4 und 5 dieses Ausführungsbeispiels, ergibt sich ein gedachtes Sechseck. Der Abstand R zwischen dem Zentrum Z des Schutzleiters 2 und der jeweiligen Mitte M der Phasenleiter 3, 4 und 5, also der Radius, ist gleich dem Abstand S zwischen den Mitten M benachbarter Phasenleiter 3–4, 4–5 oder 3–5, also einer jeweiligen Seite des gedachten Sechsecks. Das bedeutet, dass die Abstände R zwischen den Phasenleitern 3, 4 und 5 einerseits und dem Schutzleiter 2 andererseits sowie die sechs Abstände S benachbarter Phasenleiter untereinander gleich gross sind. Also R ist gleich S. If one connects the respective centers M of the six phase conductors 3, 4 and 5 of this exemplary embodiment, an imaginary hexagon results. The distance R between the center Z of the protective conductor 2 and the respective center M of the phase conductors 3, 4 and 5, that is to say the radius, is equal to the distance S between the centers M of adjacent phase conductors 3-4, 4-5 or 3-5, one side of the imaginary hexagon. This means that the distances R between the phase conductors 3, 4 and 5 on the one hand and the protective conductor 2 on the other hand and the six distances S between adjacent phase conductors are equal to one another. So R is equal to S.

[0013] Zumindest die Phasenleiter 3, 4 und 5 sollten gleichen Querschnitts sein. Vorzugsweise weist auch der Schutzleiter 2 denselben Querschnitt wie die Phasenleiter auf. At least the phase conductors 3, 4 and 5 should be of the same cross-section. The protective conductor 2 preferably also has the same cross section as the phase conductor.

[0014] Die Phasenleiter 3, 4 und 5 können, wie hier dargestellt und technisch bekannt, jeweils mit einer nicht leitenden Isolierung versehen sein. Möglich ist aber auch ein die Zwischenräume ausfüllender, isolierender Kabelmantel. The phase conductors 3, 4 and 5 can, as shown here and technically known, each be provided with a non-conductive insulation. An insulating cable sheath that fills the spaces is also possible.

[0015] In bevorzugter Ausführung ist jedoch zwischen den Phasenleitern 3, 4 und 5 einerseits und dem Kabelmantel 9 andererseits eine Abschirmung 10 vorhanden. Dadurch sind das Drehstromkabel 1 und/oder dessen Umgebung gegen elektrische und/oder elektromagnetische Felder abgeschirmt. Beispielsweise wird eine HF-Abschirmung gegen hochfrequente Strahlung eingesetzt. In a preferred embodiment, however, a shield 10 is present between the phase conductors 3, 4 and 5 on the one hand and the cable sheath 9 on the other hand. As a result, the three-phase cable 1 and / or its surroundings are shielded against electrical and / or electromagnetic fields. For example, RF shielding against high-frequency radiation is used.

[0016] Wegen des Skin-Effekts kann der jeweils doppelt beziehungsweise zweiteilig geführte Phasenleiter 3, 4 und 5 im Querschnitt kleiner gewählt werden, als dies bei Verwendung von jeweils nur einem Phasenleiter der Fall wäre. Dadurch wird nicht nur der Querschnitt des Drehstromkabels 1 kleiner, was bei dessen Montage in Kabelkanälen und dergleichen günstig ist, sondern es ergibt sich auch eine Kosteneinsparung und darüber hinaus eine Gewichtseinsparung. Letzteres ist im einleitend erwähnten Verwendungsbeispiel in der Motorentechnik ein durchaus willkommener Pluspunkt. Because of the skin effect, the double or two-part phase conductors 3, 4 and 5 can be chosen to be smaller in cross-section than would be the case if only one phase conductor were used. This not only makes the cross-section of the three-phase cable 1 smaller, which is favorable when it is installed in cable ducts and the like, but also results in a cost saving and, moreover, a weight saving. The latter is a welcome plus in the application example in engine technology mentioned above.

[0017] Die erfindungsgemässe Stromübertragungseinrichtung mit mindestens einem Drehstromkabel bietet folgende enormen Vorteile: extrem niedrige Magnetfeldabstrahlung, induktionsfrei gegenüber dem Schutzleiter, geringe HF-Abstrahlung, höchster Wirkungsgrad, kleinstmögliche Verluste, kleinerer Querschnitt.The current transmission device according to the invention with at least one three-phase cable offers the following enormous advantages: extremely low magnetic field radiation, induction-free towards the protective conductor, low RF radiation, highest efficiency, smallest possible losses, smaller cross section.

[0018] Es liegt im Rahmen der Erfindung nach Patentanspruch 1, das Drehstromkabel 1, dessen Schutzleiter 2, die Phasenleiter 3, 4 und 5 und/oder den Kabelmantel 9 und/oder die Abschirmung 10 im Einzelnen anders auszubilden, als dies in der rein schematischen Zeichnung dargestellt ist. It is within the scope of the invention according to claim 1, the three-phase cable 1, its protective conductor 2, the phase conductors 3, 4 and 5 and / or the cable jacket 9 and / or the shield 10 in detail differently than in the pure schematic drawing is shown.

[0019] Theoretisch denkbar ist es, jede Phase in mehr als zwei Phasenleiter zu zergliedern. Ebenso könnte mehr als ein Schutzleiter 2 vorhanden sein. Die Phasenleiter 3, 4 und 5 und/oder der Schutzleiter 2 müssen nicht zwingend einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Auch der Querschnitt des Drehstromkabel 1 muss nicht dem gezeichneten entsprechen. It is theoretically conceivable to break down each phase into more than two phase conductors. Likewise, there could be more than one protective conductor 2. The phase conductors 3, 4 and 5 and / or the protective conductor 2 do not necessarily have to have a circular cross section. The cross-section of the three-phase cable 1 does not have to correspond to that shown.

[0020] Je nach Verwendung des Drehstromkabels 1 ist es zum Beispiel auch nicht ausgeschlossen, mehr als drei Doppel-Phasenleiter zu verwenden, also mehr als sechs Phasenleiter 3, 4 und 5. Beispielsweise könnten dies vier Doppel-Phasenleiter, also insgesamt acht Phasenleiter, sein. Das macht in der Praxis allerdings weniger Sinn, da die sich bei Labormessungen als besonders vorteilhaft erwiesene Gleichheit R gleich S nur in der Sechservariante mit dem gedachten Sechseck zum Tragen kommt. Depending on the use of the three-phase cable 1, it is also not excluded, for example, to use more than three double phase conductors, that is to say more than six phase conductors 3, 4 and 5. For example, this could be four double phase conductors, ie a total of eight phase conductors, be. In practice, however, this makes less sense, since the equality R equal to S, which has proven to be particularly advantageous in laboratory measurements, only applies in the six-variant with the imaginary hexagon.

[0021] Die Stromübertragungseinrichtung kann auch mehr als ein Drehstromkabel 1 aufweisen. The power transmission device can also have more than one three-phase cable 1.

[0022] Sinnvoll ist es in jedem Fall, wenn den einzelnen Phasen, wie an sich bekannt, je eine Farbe zugeordnet wird. Zum Beispiel, Braun für den/die Phasenleiter 3, Hellgrau für den/die Phasenleiter 4 und Schwarz für den/die Phasenleiter 5. Der Schutzleiter 2 ist Grün/Gelb. In any case, it is useful if the individual phases are assigned a color, as is known per se. For example, brown for the phase conductor (s) 3, light gray for the phase conductor (s) 4 and black for the phase conductor (s) 5. The protective conductor 2 is green / yellow.

Claims

1. Power transmission device, characterized by at least one three-phase cable (1) with at least one protective conductor (2) around which a plurality of phase conductors (3, 4, 5) are stranded, with at least two identical phase conductors (3, 4, 5 ) are present, each of which together form a two-part or multi-part phase conductor (3, 4, 5) for each phase, for which purpose the at least two identical phase conductors (3, 4, 5) each have at least two connection points (6, 7) are electrically conductively connected to one another and the distance (8) between these at least two connection points (6, 7) corresponds to a multiple of the lay length of the stranding of the phase conductors (3, 4, 5) around the protective conductor (2).

2. Power transmission device according to claim 1, characterized in that the lay length of the stranding of the phase conductors (3, 4, 5) around the protective conductor (2) is a maximum of 1 m.

3. Power transmission device according to claim 1 or 2, characterized in that the phase conductors (3, 4, 5) of the at least one three-phase cable (1), viewed in a cable cross-section, are arranged mirror-symmetrically, the phase conductors belonging together and each being assigned to a common phase ( 3, 4, 5) are diametrically opposite each other on an axis of symmetry (D) which leads through the protective conductor (2).

4. Power transmission device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in at least one three-phase cable (1) there are a total of six phase conductors (3, 4, 5), two of which together form a phase, that is to say a total of three phases.

5. Power transmission device according to claim 4, characterized in that the six phase conductors (3, 4, 5) viewed in the cable cross section are arranged so that by connecting the respective center (M) of the six phase conductors (3, 4, 5) with each other an imaginary line results in an imaginary hexagon.

6. Power transmission device according to claim 5, characterized in that the respective distances between the individual phase conductors (3, 4, 5) are equal to one another.

7. Power transmission device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the phase conductors (3, 4, 5) are of the same cross section.

8. Power transmission device according to claim 7, characterized in that the protective conductor (2) has the same cross section as the phase conductor (3, 4, 5).

9. Power transmission device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a distance (R) between a center (Z) of the protective conductor (2) and the respective center (M) of the phase conductors (3, 4, 5) is equal to a distance (S) between the centers (M) of adjacent phase conductors (3, 4, 5), that is, a respective side of the imaginary hexagon.

10. Power transmission device according to one of claims 1 to 9, characterized in that between the phase conductors (3, 4, 5) on the one hand and a cable sheath (9) on the other hand, a shield (10) is present, for example an HF shield against high-frequency radiation.