DE102016004552A1

DE102016004552A1 - Kabel, insbesondere Hochleistungs-Energiekabel

Info

Publication number: DE102016004552A1
Application number: DE102016004552.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Waskönig
Original assignee: Waskonig+walter Kabel-Werk U Co KG GmbH
Current assignee: Waskonig+walter Kabel-Werk U Co KG GmbH
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Bei einem Kabel, insbesondere einem Hochleistungs-Energiekabel mit wenigstens einem Rundleiterstrang (1) aus mehreren gegeneinander isoliert angeordneten und miteinander verseilten Drahtbündeln (2) aus Einzeldrähten, die in mehreren Lagen (3, 4) angeordnete Leitersegmente (5, 6) aufweisen, ist vorgesehen, dass die Leitersegmente (5) wenigstens einer ersten Lage (3) Litzen sind und dass die Leitersegmente (6) wenigstens einer zweiten Lage (4) Massivdrähte sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel, insbesondere ein Hochleistungs-Energiekabel mit wenigstens einem Rundleiterstrang aus mehreren gegeneinander isoliert angeordneten und miteinander verseilten Drahtbündeln, die in mehreren Lagen angeordnete Leitersegmente aufweisen.
In elektrischen Leitern und Kabeln für die Hochspannungs-Wechselstromübertragung treten durch Wirbelstromverluste Leitungsverluste auf. Die Ursachen der Wirbelstromverluste liegen zum einen im sogenannten Skin-Effekt und zum anderen im sogenannten Proximity-Effekt. Beim Skin-Effekt bewirken magnetische Wechselfelder ein Ansteigen der Stromdichte im Außenbereich eines Leiters und ein Abfallen der Stromdichte im Mittenbereich dieses Leiters. Beim Proximity-Effekt erzeugen die Wechselfelder stromdurchflossener Leiter Wirbelströme in benachbarten Leitern, wenn diese das jeweilige Wechselfeld durchlaufen. Diese Effekte führen schließlich zu einer Verringerung der spezifischen Leitfähigkeit bzw. des wirksamen Leiterquerschnitts. Je höher die Frequenz des Wechselstromes ist, desto stärker bilden sich derartige Wirbelströme aus. Teilweise Abhilfe wurde hier durch den sogenannten Millikenleiter geschaffen, der aus mehreren gegeneinander isoliert angeordneten Drahtbündeln besteht, wobei diese Drahtbündel um ein Tragorgan herum, insbesondere um einen in der Mitte befindlichen Rundleiter herum, verseilt sind. Die Drahtbündel weisen wiederum in Lagen und gegeneinander isoliert angeordnete Massivdrähte auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterausbildung aufzufinden, mit welcher die spezifische Leitfähigkeit des Rundleiterstranges weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitersegmente wenigstens einer ersten Lage Litzen sind und dass die Leitersegmente wenigstens einer zweiten Lage Massivdrähte sind. Der Aufbau ganzer Lagen mit Litzen aus feinen Einzeldrähten ergibt einen Rundleiterstrang mit einem erhöhten Kompaktierungsgrad, so dass zu einer erhöhten Querleitfähigkeit führende Kompaktierungsarbeiten vorteilhaft entfallen können. Aufgrund ihrer verringerten Formstabilität passen sich die in den ersten Lagen verlaufenden Litzen der unnachgiebigeren Form der in benachbarten zweiten Lagen verlaufenden Massivdrähte an. Dabei legen sich die Einzeldrähte der Litzen in die zwischen den Massivdrähten ausgebildeten Raumlücken hinein und schließen diese im Wesentlichen.
Neben der mit der erfindungsgemäßen Leiterkonstruktion erzielten Herabsetzung des Skin-Effekts und des Proximity-Effekts ergibt sich aus der verbesserten Kompaktierung auch der Vorteil, dass bei gleichem Leiterquerschnitt ein größerer Strom fließen kann. Andersherum kann bei vorgegebenem Strom der Leiterquerschnitt kleiner gewählt werden, was dann einerseits zu Kosteneinsparungen beim Material für Leiter, Isolierung und Kabelmantel und anderseits zu einer Erhöhung der spezifischen Leitfähigkeit bei Wechselstromlast führt.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist die erste Lage Litzen auf, bei denen die Anzahl der Einzeldrähte jeweils wenigstens 50mal größer ist, als der in Millimetern gemessene Drahtdurchmesser ihrer Einzeldrähte. Für eine effiziente Herstellung des erfindungsgemäßen Kabels wird vorgeschlagen, dass die erste Lage wenigstens Litzen mit einem Aufbau nach DIN VDE 0295 der Klasse 5 oder 6 aufweist. In diese Klassen fallende Litzenleiter werden auch als ”feindrähtige Litzen” bezeichnet.
Für eine besonders wirkungsvolle Verbesserung der spezifischen Leitfähigkeit des Rundleiterstranges wird vorgeschlagen, dass die zweite Lage Massivdrähte aufweist, deren Drahtdurchmesser wenigstens doppelt so groß ist wie der Drahtdurchmesser eines die Litzen ausbildenden Einzeldrahtes. Vorzugsweise weist die zweite Lage jedoch Massivdrähte auf, deren Drahtdurchmesser vielfach so groß wie der Drahtdurchmesser eines die Litzen ausbildenden Einzeldrahtes ist.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist jedes Drahtbündel jeweils zwischen seinen Lagen angeordnete Isolierlagen auf. Diese mindern nach Art des bekannten Millikenleiters sowohl den sogenannten Skin-Effekt als auch den sogenannten Proximity-Effekt. Zur Verringerung dieser Effekte wird außerdem vorgeschlagen, dass der mehrlagige Aufbau wenigstens eine zwischen zwei seiner Lagen angeordnete Isolierlage aufweist.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Rundleiterstrang als Hohlstrang mit wenigstens einem im Inneren des Hohlstranges angeordneten Zentralelement ausgebildet. Damit kann das erfindungsgemäße Kabel auf den an dieser Stelle wenig effizienten Einsatz von teureren Leitermaterialien zugunsten kostengünstiger Kunststoffe verzichten. Es liegt jedoch durchaus im Rahmen der Erfindung, das Zentralelement als Leiter oder Halbleiter auszubilden. Ein als Leiter ausgebildetes Zentralelement ist vorzugsweise ebenfalls ein Drahtbündel aus Einzeldrähten, die in mehreren Lagen angeordnete Leitersegmente aufweisen. Auch hier sind die Leitersegmente wenigstens einer ersten Lage Litzen und die Leitersegmente wenigstens einer zweiten Lage Massivdrähte.
Für einen belastungsfähigen Aufbau des Rundleiterstranges aus den Drahtbündeln weisen diese jeweils einen in Form eines Kreisringsektors ausgebildeten Leiterquerschnitt auf. Die Drahtbündel können in mehreren Lagen angeordnet sein. Vorzugsweise weist der Rundleiterstrang jedoch nur eine einzige Lage auf, die aus den Drahtbündeln ausgebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kabels mit einem Rundleiterstrang; und
2 eine perspektivische Ansicht eines Drahtbündels aus dem Rundleiterstrang gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kabels mit einem Rundleiterstrang 1 aus sechs gegeneinander isoliert angeordneten und miteinander verseilten Drahtbündeln 2 aus Einzeldrähten, die in mehreren Lagen 3, 4 angeordnete Leitersegmente 5, 6 aufweisen. Der Rundleiterstrang 1 ist als Hohlstrang mit einem in seinem Inneren angeordneten Zentralelement 7 ausgebildet. Auch das Zentralelement 7 ist als Leiterbündel ausgebildet und weist in Lagen 8, 9 angeordnete Leitersegmente 5, 6 auf. Der Rundleiterstrang 1 ist von einem Isolator 10 ummantelt, wobei dieser geschützt zwischen einer inneren Halbleiterschicht 11 und einer äußeren Halbleiterschicht 12 angeordnet ist. Der zwischen den Halbleiterschichten 11, 12 gelegene Isolator 10 ist von einem Kupferdrahtschirm 13 ummantelt, dessen Kupferdrähte zwischen zwei Polsterlagen 14, 15 eingebettet liegen. Der eingebettete Kupferdrahtschirm 13 ist in eine Dampfsperre 16 aus Aluminium eingehüllt und die Dampfsperre 16 ist abschließend von einem den gesamten Kabelaufbau schützenden Außenmantel 17 umgeben.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines der sechs Drahtbündel 2 aus dem Rundleiterstrang 1 gemäß 1. Durch einen Größenunterschied ist verdeutlicht, dass die Leitersegmente 5 der Lagen 3 Litzen sind und dass die Leitersegmente 6 der Lagen 4 Massivdrähte sind. Jeweils eines von zweien sich in einer der Lagen 3, 4 kontaktierenden Leitersegmente 5 bzw. 6 weist eine Folienbeschichtung 18 auf. Das mehrlagig aufgebaute Drahtbündel 2 weist jeweils zwischen seinen Lagen 3, 4 angeordnete Isolierlagen 19 auf und hat einen in Form eines Kreisringsektors ausgebildeten Leiterquerschnitt.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN VDE 0295 der Klasse 5 oder 6 [0006]

Claims

Kabel, insbesondere Hochleistungs-Energiekabel mit wenigstens einem Rundleiterstrang aus mehreren gegeneinander isoliert angeordneten und miteinander verseilten Drahtbündeln aus Einzeldrähten, die in mehreren Lagen angeordnete Leitersegmente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitersegmente (5) wenigstens einer ersten Lage (3) Litzen sind, und dass die Leitersegmente (6) wenigstens einer zweiten Lage (4) Massivdrähte sind.
Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (3) Litzen aufweist, bei denen die Anzahl der Einzeldrähte jeweils wenigstens 50mal größer ist, als der in Millimetern gemessene Drahtdurchmesser ihrer Einzeldrähte.
Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (3) wenigstens Litzen mit einem Aufbau nach DIN VDE 0295 Klasse 5 oder 6 aufweist.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage (4) Massivdrähte aufweist, deren Drahtdurchmesser wenigstens doppelt so groß wie der Drahtdurchmesser eines die Litzen ausbildenden Einzeldrahtes ist.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines von zweien sich in einer der Lagen (3, 4) kontaktierenden Leitersegmente (5, 6) eine Folienbeschichtung (18) aufweist.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Drahtbündel (2) jeweils zwischen seinen Lagen (3, 4) angeordnete Isolierlagen (19) aufweist.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundleiterstrang (1) als Hohlstrang mit wenigstens einem im Inneren des Hohlstranges angeordneten Zentralelement (7) ausgebildet ist.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtbündel (1) jeweils einen in Form eines Kreisringsektors ausgebildeten Leiterquerschnitt aufweisen.