DE10046581A1

DE10046581A1 - Kabelanordnung mit einem optischen Kabel und einem Abspannelement sowie Vorrichtung zur Herstellung einer Kabelanordnung

Info

Publication number: DE10046581A1
Application number: DE10046581A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Greiner
Original assignee: SCC Special Communication Cables GmbH and Co KG
Current assignee: SCC Special Communication Cables GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-28
Also published as: AU2001295430A1; WO2002025342A1

Abstract

Eine Kabelanordnung weist ein optisches Kabel (OC) und ein Abspannelement (AS) zur Abspannung des optischen Kabels (OC) in einem elektrischen Feldbereich (FB) auf, das entlang einer Teillänge des Kabels (OC) auf dessen äußeren Umfang aufgebracht ist. Ein Feldsteuerelement (FS), das auf das Abspannelement (AS) und den äußeren Umfang des Kabels (OC) aufgebracht ist, umschließt den in Längsrichtung des Kabels vorhandenen Übergang (UE) des Spannelements zum äußeren Umfang des Kabels an der Begrenzung des Abspannelements (AS). Dadurch werden elektrische Teilentladungen insbesondere an dem Übergang (UE) reduziert und damit die Lebensdauer des Kabels (OC) verlängert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kabelanordnung mit einem optischen Kabel und einem Abspannelement zur Abspannung des optischen Kabels in einem elektrischen Feldbereich, das entlang einer Teillänge des Kabels auf dessen äußeren Umfang aufgebracht ist, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kabelanordnung, die ein optisches Kabel und ein Abspann element zur Abspannung des optisches Kabels aufweist.

Zur Übertragung elektrischer Energie über weite Strecken und in großen Mengen werden üblicherweise Hochspannungsfreilei tungen eingesetzt. Beispielsweise in Deutschland sind Span nungsebenen in der Höchstspannungsebene von 220 kV oder 400 kV Effektivspannung bekannt. In Industrieländern besteht be züglich derartiger Freileitungsnetze eine gute Infrastruktur. Es findet daher oftmals Anwendung, Lichtwellenleiter-Kabel zur Datenübertragung in die bestehenden Freileitungstrassen zu integrieren.

Zur Installation der optischen Kabel sind im allgemeinen nur geringe bauliche Maßnahmen erforderlich, während zugleich große Entfernungen überbrückbar sind. Beispielsweise können selbsttragende optische Kabel, welche zum Aufhängen an Masten in bestehenden Freileitungstrassen für Hochspannungsfreilei tungen geeignet sind, im Feldbereich zwischen den Phasensei len zur Übertragung elektrischer Energie und dem Erdboden aufgehängt werden. Derartige Kabel sind insbesondere als volldielektrische selbsttragende optische Luftkabel bekannt und werden auch als ADSS (All Dielectric Self-Supporting)- Kabel bezeichnet. ADSS-Kabel sind besonders gut zur Integra tion in Hochspannungstrassen geeignet, da sie wegen ihres ge ringen Gewichts die Hochspannungsmasten nur geringfügig bela sten.

Besonders in Höchstspannungsnetzen führt das im normalen Be trieb der Leitung bestehende, hohe Potential zu einem starken elektrischen Feld zwischen Phasenseilen und Erde sowie zwi schen Phasenseilen und Mast. Werden optische Kabel, welche üblicherweise metallfrei und im wesentlichen nicht leitend sind, in das bestehende, elektrische Feld eingebracht, so führen die Streukapazitäten zwischen Phasenseilen, Kabel, Er de und geerdetem Mast dazu, daß die optischen Kabel auf ein elektrisches Potential aufgeladen werden. Da es im allgemei nen nicht wünschenswert ist, zur Montage optischer Kabel in Hochspannungstrassen die betreffende Freileitung freizuschal ten und zu erden, ist es zur Vermeidung einer Gefährdung von Montagepersonal erforderlich, die optischen Kabel am Mast zu erden. Dies führt jedoch dazu, daß sich entlang der Kabel oberfläche eine Spannungsverteilung einstellt, welche in der Mitte zwischen zwei Masten ihr Maximum hat und an den Er dungsstellen am Mast ein Minimum. Hierdurch kommt es zu Ober flächenentladungen in Längsrichtung des Kabelmantels sowie zu Kriechströmen entlang des Kabelmantels, welche zu einer schnelleren Alterung des Kabelmantel-Materials beitragen.

Zur Abspannung eines optischen Kabels in einem elektrischen Feldbereich beispielsweise einer Hochspannungsfreileitung ist im allgemeinen entlang einer Teillänge des Kabels auf dessen äußeren Umfang ein Abspannelement beispielsweise in Form ei ner Abspannspirale aufgebracht. Besonders hohe Spannungsab fälle treten dabei an dem in Längsrichtung des Kabels entste henden Übergang des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels am Ende des Abspannelements auf. Zudem ist am Übergang des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels die Bildung von Teilentladungen durch eine unstetige Feldverteilung be günstigt. Diese Teilentladungen können insbesondere den Ka belmantel zerstören und zur Alterung beitragen.

Aus EP 0 214 480 B1 ist eine derartige Kabelanordnung für Hochspannungsfreileitungen mit einem metallfreien selbsttra genden optischen Kabel mit einer Kabelseele und einem die Ka belseele umgebenden Kabelmantel bekannt, wobei die Kabelseele schwach elektrisch leitend ausgebildet ist. Dadurch wird eine interne Kabelfeldsteuerung erreicht, die insbesondere für Raumpotentiale bis 20 kV (entspricht im allgemeinen dem Feld bereich von Freileitungen bis 220 kV Phasenspannung) ausrei chend ist. Bei einer Installation in höheren Spannungsebenen reicht diese interne Kabelfeldsteuerung meist nicht mehr aus. Die kapazitive Kopplung zwischen der halbleitenden Kabelseele und den als Befestigungs- und Erdungsvorrichtung am Mast vor gesehenen Abspannspiralen kann dazu führen, daß im dortigen Bereich höchster Feldstärke zudem innere Teilentladungen im Kabelmantel entstehen, welche zu Durchschlägen führen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kabel anordnung mit einem optischen Kabel und einem Abspannelement der eingangs genannten Art anzugeben, mit der insbesondere bei einer Installation des Kabels in elektrischen Feldberei chen mit vergleichsweise hohen Feldstärken eine hohe Lebens dauer des Kabels erzielbar ist.

Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor richtung zur Herstellung einer derartigen Kabelanordnung an zugeben.

Die Aufgabe betreffend die Kabelanordnung wird gelöst durch eine Kabelanordnung mit einem optischen Kabel und einem Ab spannelement der eingangs genannten Art, bei der in Längs richtung des Kabels ein Übergang des Abspannelements zum äu ßeren Umfang des Kabels an einer Begrenzung des Abspannele ments gegeben ist, die ein Feldsteuerelement aufweist, das auf das Abspannelement und den äußeren Umfang des Kabels auf gebracht ist und den Übergang des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels umschließt.

Durch das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Feldsteuerelements wird am Übergang des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels die Bildung von Teilentladungen durch Feldsteuerung beziehungsweise Feldabschwächung an der Übergangsstelle ge hemmt. Dadurch wird die Lebensdauer des Kabels, insbesondere die Beständigkeit des Kabelmantels wirksam verlängert.

Die erfindungsgemäße Kabelanordnung ist insbesondere vorteil haft einsetzbar, wenn das optische Kabel im elektrischen Feldbereich von Phasenseilen einer Hochspannungsfreileitung zu installieren ist. Hier treten vergleichsweise hohe Feld stärken auf, wodurch die Bildung von Teilentladungen am Ka belmantel insbesondere an unstetigen Stellen der Kabelanord nung begünstigt ist. Besonders hohe Spannungsabfälle und Feldstärken treten auf, wenn das Abspannelement geerdet ist.

Das Feldsteuerelement weist vorteilhaft eine spezifische Leitfähigkeit zwischen 10² und 10¹⁰ Ωcm auf. Das Feldsteuer element ist dabei vorzugsweise als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, die auf den äußeren Umfang des Kabels und das Abspannelement formschlüssig aufgebracht ist. Dadurch entsteht ein lückenloser Verband zwischen dem äußeren Umfang des Kabels, dem Abspannelement und dem Feldsteuerelement, insbesondere an der Übergangsstelle am Ende des Abspannele ments zum äußeren Umfang des Kabels.

Die elektrisch leitfähige Schicht wird vorzugsweise durch ein 2-Komponenten-Material gebildet, das im flüssigen Zustand auf den äußeren Umfang des Kabels und das Abspannelement aufge bracht wird. Das 2-Komponenten-Material hat dabei beispiels weise selbstaushärtende Eigenschaft, oder es ist durch Wärme, Feuchte oder UV-Strahlung aushärtbar.

Einem solchen Basismaterial werden zur Erzielung der gefor derten spezifischen Leitfähigkeit und Materialeigenschaften beispielsweise Siliziumkarbid, Metalloxid, intrinsisch leit fähige Polymere, organische Antistatika und/oder Ruß beige mischt. Bei Verwendung eines 2-Komponenten-Materials wird ei nes oder mehrere der genannten Materialien beispielsweise in eine Komponente des Basismaterials eingemischt, so daß im ausgehärteten Zustand die geforderte Materialeigenschaft ge geben ist.

Das Abspannelement ist beispielsweise als Abspannspirale aus gebildet, die das Kabel in Längsrichtung des Kabels schrau benförmig umgibt. Insbesondere zum Zwecke der Integration des optischen Kabels in eine bestehende Freileitungstrasse ist das optische Kabel vorzugsweise als voll dielektrisches selbst tragendes Luftkabel ausgebildet.

In einer weiteren Ausführungsform des Kabels weist dieses ei nen Kabelmantel und eine Kabelseele auf, wobei die Kabelseele schwach elektrisch leitend ausgebildet ist. Damit wird insbe sondere zusätzlich einem weiteren bekannten Alterungsmecha nismus von optischen Kabeln, die in elektrischen Feldberei chen installiert sind, entgegengewirkt, der durch Verschmut zungen und Feuchtigkeit auf der Manteloberfläche bedingt ist. Dabei kann es aufgrund von verschiedenen Oberflächenleitfä higkeiten von trockenen und feuchten Zonen des Kabelmantels zu Oberflächenentladungen mit Beschädigungen der Mantelober fläche kommen, insbesondere wenn die elektrische Feldstärke in den trockenen Zonen die Durchschlagfeldstärke übersteigt. Mittels der kabelinternen Feldsteuerung wird über den Über gangsbereich des Abspannelements zum äußeren Umfang des Ka bels hinaus dem als sogenanntes Dry-Band-Arcing bekannten Al terungsmechanismus entgegengewirkt.

Die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kabelanordnung, die ein op tisches Kabel und ein Abspannelement zur Abspannung des opti schen Kabels, das entlang einer Teillänge des Kabels auf des sen äußeren Umfang aufgebracht ist, aufweist, mit einem Füll körper, der das Abspannelement und den äußeren Umfang des Ka bels umschließt und in den ein Material in flüssigem Zustand einfüllbar ist.

Mit Hilfe des Füllkörpers ist insbesondere vorteilhaft eine elektrisch leitfähige Schicht herstellbar, die auf den äuße ren Umfang des Kabels und das Abspannelement formschlüssig aufgebracht wird. Der Füllkörper wird dazu mit einem Material im flüssigen Zustand ausgegossen und, nachdem das Material ausgehärtet ist, wieder entfernt. Dadurch entsteht ein voll ständig ausgegossenes Feldsteuerelement. Zur Aushärtung des Materials ist der Füllkörper vorteilhaft derart ausgebildet, daß das Material durch Wärme, Feuchte oder UV-Strahlung aus gehärtet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Füllkörpers ist dieser als Füllzylinder ausgebildet. Zur Anbringung des Füll körpers beziehungsweise Füllzylinders ist es vorteilhaft, daß dieser klappbar gestaltet ist. Durch den Klappmechanismus ist zudem eine leichte Entfernung des Füllkörpers nach dem Aus gießen beziehungsweise Aushärten ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsdarstellung einer erfin dungsgemäßen Kabelanordnung,

Fig. 2 eine Darstellung eines entlang einer Hochspannungs freileitung installierten optischen Kabels,

Fig. 3 eine schematische Darstellung bezüglich der Her stellung einer erfindungsgemäßen Kabelanordnung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Her stellung einer erfindungsgemäßen Kabelanordnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Kabelanordnung, die ein op tisches Kabel OC und ein Abspannelement AS zur Abspannung des optischen Kabels OC aufweist. Das Abspannelement AS ist ent lang einer Teillänge des Kabels OC auf dessen äußeren Umfang aufgebracht. Dabei entsteht in Längsrichtung des Kabels OC entlang der Längsachse LA ein Übergang UE des Abspannelements AS zum äußeren Umfang des Kabels OC an einer Begrenzung des Abspannelements AS. Auf das Abspannelement AS und den äußeren Umfang des Kabels OC ist ein Feldsteuerelement FS aufge bracht, das den Übergang UE des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels umschließt. Das Feldsteuerelement FS ist dabei als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, die auf den äußeren Umfang des Kabels OC und das Abspannelement AS formschlüssig aufgebracht ist. Dadurch entsteht ein geschlos senes System, bei dem Unstetigkeiten, die insbesondere Teil entladungen begünstigen, am Übergang UE vermieden werden. Dadurch kommt es bei Abspannung des Kabels OC in einem elek trischen Feldbereich zu einer geringeren elektrischen Bela stung des Kabelmantels, wodurch die Lebensdauer des Kabelman tels und damit des Kabels insgesamt verlängert wird. Zum Zwecke einer geeigneten Feldsteuerung weist das Feldsteuer element FS eine spezifische Leitfähigkeit in dem Bereich von 10² bis 10¹⁰ Ωcm auf.

In Fig. 2 ist eine Darstellung eines entlang einer Hochspan nungsfreileitung installierten optischen Kabels gezeigt. Das Kabel OC ist in dieser Ausführungsform als volldielektrisches selbsttragendes Luftkabel (ADSS-Kabel) ausgebildet. Das Ab spannelement AS ist in Form einer Abspannspirale ausgebildet, die das Kabel OC in Längsrichtung des Kabels schraubenförmig umgibt. Die Kabelanordnung mit dem optischen Kabel OC und der Abspannspirale AS ist im Feldbereich FB einer Hochspannungs freileitung angeordnet. Die Hochspannungsfreileitung weist mehrere Phasenseile auf, von denen in Fig. 2 nur ein Phasen seil PS beispielhaft dargestellt ist. Die Kabelanordnung ist über die Abspannspirale AS an dem Hochspannungsmast HM befe stigt, der geerdet ist und damit an Massepotential M anliegt. Damit ist auch die Abspannspirale AS geerdet.

Anhand Fig. 3 wird die Herstellung einer erfindungsgemäßen Kabelanordnung mit dem Feldsteuerelement FS näher erläutert.

Das Feldsteuerelement FS wird mit Hilfe eines Füllkörpers FK hergestellt, der die Anordnung aus optischem Kabel OC und Ab spannspirale AS derart umschließt, daß der Übergang UE vom Füllkörper FK eingeschlossen wird. Über die Öffnung OE ist ein Material in flüssigem Zustand in den Füllkörper FK ein füllbar.

Im nächsten Schritt wird ein Material MA, beispielsweise in Form eines 2-Komponenten-Materials, in den Füllkörper FK ein gefüllt. Einer der Komponenten des Materials MA sind dabei Siliziumkarbid, Metalloxid, intrinsisch leitfähige Polymere, organische Antistatika und/oder Ruß beigemischt. Nachdem der Füllkörper FK mit dem Material MA ausgegossen ist, wird die ses mit Wärme, Feuchte oder UV-Strahlung ausgehärtet. Dazu ist der Füllkörper FK in geeigneter Weise ausgebildet.

Schließlich wird nach vollständiger Aushärtung des Materials MA der Füllkörper FK entfernt.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die An ordnung umfassend den Füllkörper FK und das Kabel OC. Der Füllkörper FK in Form eines Füllzylinders ist an dem Schar nier S klappbar ausgeführt. Der Füllzylinder FK kann in beide Umfangsrichtungen U1 und U2 auseinander geklappt werden. Die Dichtungslippen DL dienen zur Abdichtung des Füllzylinders. Das Kabel OC weist in dieser Ausführungsform einen Kabelman tel KM und eine Kabelseele KS auf, wobei die Kabelseele KS mit einem schwach elektrisch leitenden Material gefüllt ist. Die Kabelseele KS weist vorzugsweise eine spezifische Leitfä higkeit zwischen 10⁵ und 10¹⁰ Qcm auf. Im Inneren der Kabel seele KS sind die Lichtwellenleiter LW des optischen Kabels OC angeordnet.

Mit Hilfe des Füllzylinders FK kann also ein vollständig aus gegossenes Feldsteuerelement FS gemäß Fig. 1 hergestellt werden, das in Form einer elektrisch leitfähigen Schicht den äußeren Umfang des Kabels OC und die Abspannspirale AS form schlüssig umgibt. Dadurch werden Teilentladungen infolge ho her Potentialdifferenzen und unstetiger Feldverläufe am Über gang UE der Kabelanordnung wirksam gehemmt. Durch eine gerin gere Beanspruchung des Kabelmantels wird die Lebensdauer des Kabels OC wirksam verlängert.

Claims

1. Kabelanordnung mit einem optischen Kabel (OC), mit einem Abspannelement (AS) zur Abspannung des optischen Kabels (OC) in einem elektrischen Feldbereich (FB), das entlang einer Teillänge des Kabels (OC) auf dessen äußeren Umfang aufge bracht ist, bei der in Längsrichtung des Kabels ein Übergang (UE) des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels an ei ner Begrenzung des Abspannelements (AS) gegeben ist, gekennzeichnet durch ein Feldsteuerelement (FS), das auf das Abspannelement (AS) und den äußeren Umfang des Kabels (OC) aufgebracht ist und den Übergang (UE) des Abspannelements zum äußeren Umfang des Kabels umschließt.

2. Kabelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldsteuerelement (FS) eine spezifische Leitfähigkeit zwischen 10² und 10¹⁰ Ωcm aufweist.

3. Kabelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldsteuerelement (FS) als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist, die auf den äußeren Umfang des Kabels (OC) und das Abspannelement (AS) formschlüssig aufgebracht ist.

4. Kabelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (FS) Siliziumcarbit, Metalloxid, intrinsisch leitfähige Polymere, organische Antistatika und/oder Ruß ent hält.

5. Kabelanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (FS) durch ein 2-Komponenten-Material (MA) gebil det ist.

6. Kabelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Komponenten-Material (MA) durch Wärme, Feuchte oder UV- Strahlung aushärtbar ist.

7. Kabelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (OC) als volldieelektrisches, selbsttragendes Luft kabel ausgebildet ist.

8. Kabelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abspannelement (AS) als Abspannspirale ausgebildet ist, die das Kabel (OC) in Längsrichtung des Kabels schraubenför mig umgibt.

9. Kabelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (OC) einen Kabelmantel (KM) und eine Kabelseele (KS) aufweist, wobei die Kabelseele (KS) schwach elektrisch leitend ausgebildet ist.

10. Kabelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (OC) im Feldbereich (FB) von Phasenseilen (PS) ei ner Hochspannungsfreileitung angeordnet ist.

11. Kabelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abspannelement (AS) geerdet ist.

12. Vorrichtung zur Herstellung einer Kabelanordnung, die ein optisches Kabel (OC) und ein Abspannelement (AS) zur Abspan nung des optischen Kabels (OC), das entlang einer Teillänge des Kabels (OC) auf dessen äußeren Umfang aufgebracht ist, aufweist, mit einem Füllkörper (FK), der das Abspannelement (AS) und den äußeren Umfang des Kabels (OC) umschließt und in den ein Material (MA) in flüssigem Zustand einfüllbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (FK) derart ausgebildet ist, daß das Material (MA) durch Wärme, Feuchte oder UV-Strahlung aushärtbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (FK) als Füllzylinder ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (FK) klappbar ausgebildet ist.