DE1146153B

DE1146153B - Cable system protected against the effects of heavy current and atmospheric discharges

Info

Publication number: DE1146153B
Application number: DES64230A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eberhard Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-07-31
Filing date: 1959-07-31
Publication date: 1963-03-28

Description

Gegen Starkstrombeeinflussungen und atmosphärische Entladungen geschützte Kabelanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine gegen Starkstrombeeinflussungen und atmosphärische Entladungen geschützte Kabelanlage, die aus Kabeln mit zwei voneinander isolierten leitenden Kabelschirmen und einer zwischen diesen angeordneten magnetischen Schicht besteht. Es ist bekannt, Starkstrombeeinflussungen bei Fernmeldekabeln dadurch unwirksamer zu machen, daß man die Schirme der Fernmeldeleitungen durch ein Bewehrungseisen od. dgl. induktiv belastet. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, solche Fernmeldeleitungen mit ihren metallischen Mänteln isoliert im Erdreich zu verlegen und die Abschirmmäntel nur an den Enden der Leitungsstrecken zu erden. Man erreicht dadurch, daß bei einer Teilbeeinflussung des Fernmeldekabels längs einer Teilstrecke das gesamte Bewehrungseisen der ganzen Strecke dazu herangezogen wird, um die Gefährdungsspannungen am Fernmeldekabel unschädlich zu machen. Während von diesem Gesichtspunkt aus gesehen der Kabelmantel von Fernmeldekabeln isoliert in der Erde angeordnet sein soll, verlangt man bei blitzbeeinflußten Kabeln, daß der Kabelmantel möglichst gut längs der gesamten Strecke geerdet ist. Bei guter Bodenleitfähigkeit und Gesamterdung sind die bisher bekannten Kabel den Beanspruchungen durch Blitzeinschläge normalerweise gewachsen. In Gebieten mit schlechter Bodenleitfähigkeit jedoch ist ein normales Kabel bereits durch einen dem Kabel benachbarten Blitzeinschlag in den Boden sehr gefährdet. Für ein Bleikabel der üblichen Bauart z. B. würde die zulässige Spannung zwischen Kabelmantel und Kabeladern bei einem sich nach beiden Seiten des Kabels hin verzweigenden Blitzstrom ziemlich bald erreicht sein. Es muß noch beachtet werden, daß eine normale Bandeisenbewehrung bei Blitzeinschlag keinen Schutz mehr für ein Kabel bieten kann. Sie wird durch den Blitzstrom gesättigt und trägt durch Überschläge zum Bleimantel dazu bei, daß das Kabel infolge der an der überschlagstelle auftretenden Druckwellen auch mechanisch geschädigt wird.Protected against the effects of high voltage currents and atmospheric discharges Cable system The invention relates to a system against the effects of heavy current and atmospheric discharge protected cable system, which consists of cables with two from each other insulated conductive cable shields and a magnetic one between them Layer consists. It is known that high current influences in telecommunication cables thereby To make ineffective that one of the shields of the telecommunication lines by a reinforcing iron or the like inductively loaded. It has also been proposed to have such communication lines with their metallic sheaths insulated in the ground and the shielding sheaths only to be earthed at the ends of the cable runs. One achieves that with one Partial influence of the telecommunication cable along a section of the entire reinforcing iron the entire route is used to reduce the hazardous voltages on the telecommunication cable to render harmless. While seen from this point of view, the cable sheath is to be arranged in the ground isolated from telecommunication cables, one demands at Cables affected by lightning that the cable sheath is as good as possible along the entire route is grounded. With good soil conductivity and overall earthing, the previously known Cables can normally cope with the stresses and strains of lightning strikes. In areas with poor ground conductivity, however, a normal cable is already through one Lightning strikes into the ground adjacent to the cable are very much at risk. For a lead cable the usual design z. B. would be the allowable voltage between cable jacket and Cable cores in the case of a lightning current branching out on both sides of the cable to be reached pretty soon. It must still be noted that a normal iron strip reinforcement can no longer provide protection for a cable in the event of a lightning strike. She is going through saturates the lightning current and contributes through flashovers to the lead sheath that the cable also mechanically as a result of the pressure waves occurring at the rollover point is harmed.

Es ist ferner ein Kabel bekannt, das zwei getrennte Schirme aufweist. Bei mit diesen Kabeln aufgebauten Anlagen sind die beiden Schirme in den Kabelmuffen miteinander verbunden. Bei Beeinflussung durch Starkstrom kann sich die induzierte Spannung nicht mehr auf dem inneren Schirm über die gesamte Kabelstrecke auslaufen, so daß die in den Schirmen auftretenden Ströme in jedem Falle sehr hoch sein werden.A cable is also known which has two separate screens. In systems built with these cables, the two screens are in the cable sleeves connected with each other. When influenced by heavy current, the induced Voltage no longer runs out on the inner screen over the entire cable route, so that the currents occurring in the screens will in any case be very high.

Es ist auch bereits eine Einrichtung zum Schutz von im Zuge von Hochspannungsfreileitungen verlegten Luftkabeln bekannt; bei der das Luftkabel an allen Masten isoliert aufgehängt ist und seine Bewehrung und gegebenenfalls auch sein Kabelmantel im Bereich einiger oder aller Maste mit einem vom Mast isolierten Erdseil an einer Stelle des Erdbodens geerdet ist, wo der Spannungstrichter in der Umgebung des Mastfußes bereits flach ist: Die Verbindung zwischen der Bewehrung und dem leitenden Kabelmantel erfolgt, falls ein solcher vorgesehen ist, galvanisch.It is also already a device for the protection of high voltage overhead lines installed aerial cables known; in which the aerial cable is suspended from all masts in an insulated manner is and its armouring and possibly also its cable sheath in the range of some or all masts with an earth wire isolated from the mast at one point on the ground is grounded where the voltage funnel in the vicinity of the mast base is already flat is: The connection between the reinforcement and the conductive cable sheath is made, if one is provided, galvanically.

Weitere Schutzmaßnahmen gegen Beeinflussungen von Kabeln hat man auch dadurch getroffen, daß man die Kabeladern über Entladungsstrecken mit Erde verbunden hat.Further protective measures against the influence of cables are also in place taken by the fact that the cable cores are connected to earth via discharge paths Has.

Es ist auch bekannt, Fermneldekabel dadurch gegen Blitzeinschläge zu schützen, daß man das Kabel in eisernen Rohrleitungen verlegt. Bei dieser Verlegungsart muß aber gefordert werden, daß die Rohrleitungen untereinander verschweißt oder mittels Gewindemuffen dicht verbunden sind. Es ist verständlich, daß die notwendigen Verschraubungen und das umständliche Arbeiten an den Muffen diese Technik als nicht sehr empfehlenswert erscheinen lassen.It is also known to protect telecommunication cables against lightning strikes to protect that the cable is laid in iron pipelines. With this type of laying but it must be required that the pipelines are welded to one another or are tightly connected by means of threaded sleeves. It is understandable that the necessary Screw connections and the laborious work on the sleeves do not use this technology seem highly recommended.

Im folgenden soll nun die Wirkung eines Blitzes, der in der Nähe des Kabels in den Boden schlägt, näher untersucht werden. Der innere Widerstand der Blitzbahn beträgt einige kS2, so daß der Strom an der Einschlagstelle eingeprägt ist. Es entsteht beim Einschlagen, insbesondere bei schlechter Bodenleitfähigkeit, an der Einschlagstelle eine sehr hohe Spannung, z. B. 2 bis 5 MV. Diese riesige Spannung kann dann als Gleitfunke längs der Erdoberfläche Längen bis zu 60 m überschlagen und dann erst in das Kabel übertreten. Man sieht hieraus, daß es bei so hohen Spannungen sinnlos wäre, ein Erdkabel etwa durch Umhüllen mit einer dicken Isolationsschicht gegen Blitzschäden schützen zu wollen. Man muß daher Erdkabel in blitzgefährdeten Gebieten immer so verlegen, daß der Metallmantel leitenden Kontakt mit dem Erdreich hat. Dieser Zustand ist erfahrungsgemäß bei den üblichen Kabeln mit Juteüberzug schon nach kurzer Liegezeit erreicht. An der Eintrittsstelle des Blitzes in den Metallmantel von Fernmeldekabeln treten erfahrungsgemäß zwei Arten von Fehlern auf, von denen die eine Art die bei der Lichtbogenspannung auftretende hohe Schmelzwärme, die andere Art die dabei entstehende Druckwelle; insbesondere infolge der Metallverdampfung an der Einschlagstelle, zur Ursache hat. Die mechanische Beschädigung des Metallmantels, insbesondere bei koaxialen Kabeln, hat zur Folge, daß in diesen Stellen des Kabels Überschläge bereits bei normaler Betriebsspannung erfolgen können.In the following, the effect of a lightning bolt near the Cable hits the ground, should be examined more closely. The inner resistance of the The lightning trajectory is a few kS2, so that the current is impressed at the point of impact is. It arises when hammering in, especially with poor soil conductivity, a very high tension at the point of impact, e.g. B. 2 to 5 MV. This huge Tension can then assume lengths of up to 60 m along the surface of the earth as a glide spark and only then into the cable trespass. You can see from this that it is With such high voltages it would be pointless to cover an underground cable with a want to protect a thick layer of insulation against lightning damage. So you have to use underground cables In areas where there is a risk of lightning, always lay them so that the metal jacket has conductive contact with the ground. Experience has shown that this is the case with conventional cables with a jute cover achieved after a short lay-down time. At the entry point of the Experience has shown that two types of lightning strike the metal jacket of telecommunications cables of errors, one type of which occurs with the arc voltage high heat of fusion, the other kind the resulting pressure wave; in particular as a result of metal evaporation at the point of impact. The mechanical Damage to the metal jacket, especially in the case of coaxial cables, results in that in these places of the cable flashovers already at normal operating voltage can be done.

Es ist für den Blitzschutz von Kabeln sehr bedeutungsvoll, über welche Länge der Blitzstrom auf dem Kabelmantel fließt, bis er in die Erde übergetreten ist, und welchen Spannungsabfall er dabei zwischen den Adern und dem Mantel des Kabels hervorruft. Maßgeblich für diesen Spannungsabfall ist mitunter der Kopplungswiderstand zwischen dem Kabelmantel und den Kabeladern. Überschläge von dem Kabelmantel zu den Adern aber ergeben Löcher im Bleimantel und Aderunterbrechungen, die oft auch einige Kilometer von der Einschlagstelle entfernt auftreten können.It is very important for the lightning protection of cables via which Length of lightning current flows on the cable jacket until it has passed into the earth and the voltage drop between the wires and the jacket of the Cable. The coupling resistance is decisive for this voltage drop between the cable jacket and the cable cores. Flashovers from the cable jacket the veins, however, result in holes in the lead sheath and vein interruptions, which often also occur can occur a few kilometers from the point of impact.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Kabelanlage zu schaffen, bei der sowohl ein vollkommener Schutz gegen Starkstrombeeinflussungen als auch ein Schutz gegen Blitzbeeinflussungen möglich ist.The object of the invention is now to provide a To create a cable system in which both a complete protection against the influence of heavy currents as well as protection against the effects of lightning is possible.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der neuen Kabelanlage erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender, an sich bekannter Merkmale: a) Nur der äußere leitende Schirm ist fortlaufend oder bei Luftkabeln an den Aufhängepunkten geerdet angeordnet.This problem is solved according to the invention in the new cable system through the union of the following, per se known characteristics: a) Only the outer leading one The shield is continuously or, in the case of aerial cables, grounded at the suspension points.

b) Der innere leitende Schirm ist nur an den Enden eines Leitungsabschnittes geerdet.b) The inner conductive shield is only at the ends of a line section grounded.

c) Die beiden Schirme sind in Abständen über eine Entladungsstrecke, z. B. über eine Funkenstrecke, miteinander verbunden.c) The two screens are spaced over a discharge path, z. B. connected to each other via a spark gap.

Die Entladungsstrecke kann in jede Kabelverbindungsmuffe eingebaut werden. Ferner können die Kabeladern oder die Leitungen über symmetrische Drosseln an einen der leitenden Schirme angeschlossen werden. Die Ansprechspannung der Entladungsstrecke kann etwa die Hälfte des Wertes der Prüfspannung eines Kabels betragen, die für die Isolation zwischen den beiden leitenden Schirmen vorgegeben ist. Beispielsweise kann man als Ansprechspannung der Entladungsstrecke 5000 V zugrunde legen. Funkenstrecken mit kleinerer Ansprechspannung als 2000V neigen leicht zu Kurzschlüssen und würden unter Umständen auch schon bei Starkstrombeeinflussung zum Ansprechen kommen. Bei der vorgeschlagenen Beschaltung der leitenden Schirme mit der dazwischen angeordneten magnetisierbaren Schicht wird erreicht, daß der Kopplungswiderstand zwischen den beiden Schirmen sehr klein wird. Es hat sich auch gezeigt, daß bei relativ großen Strömen, z. B. bei einem Blitzstrom von 70 000 A, die relative Permeabilität des Bewehrungseisens noch größer als 1 ist, so daß auch große Blitzladungen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand noch beherrscht werden können. Man erhält auf diese Weise eine Kabelanlage, bei welcher der innere Schirm bei Starkstrombeeinflussung zwischen den beiden galvanischen Erdungsstellen von Erde isoliert bleibt, während die beiden Schirme bei Blitzbeeinflussung über die Entladungsstrecken zusammengeschaltet sind und beide Schirme den Blitzstrom ableiten.The discharge path can be built into any cable joint will. Furthermore, the cable cores or the lines can use symmetrical chokes connected to one of the conductive screens. The response voltage of the discharge path can be about half the value of the test voltage of a cable, which for the insulation between the two conductive shields is specified. For example the response voltage of the discharge path can be taken as a basis of 5000 V. Spark gaps with a lower response voltage than 2000V are easily prone to short circuits and would may also be triggered by the influence of a heavy current. at the proposed wiring of the conductive shields with the one in between magnetizable layer is achieved that the coupling resistance between the both screens becomes very small. It has also been shown that with relatively large Stream, e.g. B. at a lightning current of 70,000 A, the relative permeability of the Reinforcing iron is still larger than 1, so that even large lightning charges with economical can still be managed with a reasonable effort. This is how you get a Cable system in which the inner screen is between the two galvanic grounding points remains isolated from earth, while the two In the event of lightning interference, the screens are interconnected via the discharge paths and both screens divert the lightning current.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die Fig. 1 zeigt im Quer- und Längsschnitt den Aufbau eines Kabelmantels. Der Mantel besteht aus dem Aluminiummantel 1, der Flachdrahtbewehrung 2 sowie aus der zwischen diesen beiden Schirmen angeordneten Bandeisenbewehrung 3. Schließlidh ist noch der Korrosionsschutz 4 in Form einer Kunststoffschicht vorgesehen.Fig. 1 shows the structure of a cable jacket in cross-section and longitudinal section. The jacket consists of the aluminum jacket 1, the flat wire reinforcement 2 and from the band iron reinforcement arranged between these two screens 3. Closing lidh the corrosion protection 4 is also provided in the form of a plastic layer.

In der Fig. 2 sind die leitenden Schirme 5 und 6 eines Kabels dargestellt. In bestimmten Abständen voneinander sind die Entladungsstrecken 7 vorgesehen, die bei Auftreten der Überspannung einen Spannungsausgleich zwischen den beiden leitenden Schirmen erzwingen. Vorteilhafterweise benutzt man hierzu Plattenfunkenstrecken.In Fig. 2, the conductive shields 5 and 6 of a cable are shown. The discharge paths 7 are provided at certain distances from one another, which when the overvoltage occurs, a voltage equalization between the two conductive ones Force shields. Plate spark gaps are advantageously used for this purpose.

Besondere Bedeutung kommt der bei Blitzbeeinflussung auftretenden Spannung zwischen dem Kabelmantel und den Adern im Kabel, insbesondere bei koaxialen Leitungen, zu. Fließt über den Außenleiter der koaxialen Leitung im Kabel längs der ' Verstärkerfeldlänge eines Kabelabschnittes ein Strom; so sinkt der Einfluß des Bewehrungseisens, das parallel zu dem Außenleiter der koaxialen Leitung geschaltet ist. Bei isoliert geführtem Innenleiter der koaxialen. Leitung und einer Fernstromversorgungsspannung von 1000 V addieren sich die Scheitelspannungen. Bei einer angenommenen Spannung von 4000 V infolge Blitzeinschlages ergibt sich eine Gesamtspannung von etwa 5300 V, wenn man einen Reduktionsfaktor von 0,7 zugrunde legt. Bei dieser Spannung aber erfolgt bereits der Durchschlag der koaxialen: Leitung. Es wird daher vorgeschlagen, die Fernstromversorgung über symmetrische Drosseln zu betreiben, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In der Figur stellen 8 und 9 koaxiale Leitungen dar, deren Innenleiter 10 über die symmetrischen Drosseln 11 miteinander verbunden sind. Bei dieser Beschaltung ist auch der Innenleiter der koaxialen Leitung am Beeinflussungsstrom mit beteiligt; so daß die Spannungsdifferenz zwischen Innen- und Außenleiter klein bleibt. Die Spannungsquelle 12 symbolisiert einen Generator, der das Kabel bei Blitzeinschlag belastet, 13 symbolisiert den durch den Kabelmantel dargestellten Widerstand, der den eingeprägten Strom im Kabel mitbestimmt.That which occurs when lightning is affected is of particular importance Tension between the cable jacket and the wires in the cable, especially with coaxial cables Lines, too. Flows along the outer conductor of the coaxial line in the cable the 'amplifier field length of a cable section a current; so the influence decreases of the reinforcing iron, which is connected in parallel to the outer conductor of the coaxial line is. In the case of an insulated inner conductor, the coaxial one. Line and a remote power supply voltage from 1000 V the peak voltages add up. At an assumed voltage of 4000 V as a result of a lightning strike results in a total voltage of around 5300 V, based on a reduction factor of 0.7. But with this tension the breakdown of the coaxial: line already takes place. It is therefore suggested that to operate the remote power supply via symmetrical chokes, as shown in Fig. 3 is shown. In the figure, 8 and 9 represent coaxial lines, their inner conductors 10 are connected to one another via the symmetrical throttles 11. With this wiring the inner conductor of the coaxial line is also involved in the influencing current; so that the voltage difference between the inner and outer conductor remains small. the Voltage source 12 symbolizes a generator that powers the cable in the event of a lightning strike loaded, 13 symbolizes the resistance represented by the cable sheath, the determines the current impressed in the cable.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Against strong current influences and atmospheric Cable system protected against discharges; consisting of cables with two insulated from each other conductive cable shields, between which a magnetizable layer is arranged is; characterized by the combination of the following "known characteristics: a) Only the outer conductive screen is continuous or, in the case of aerial cables, at the suspension points arranged earthed; b) the inner conductive screen is only at the ends of a line section grounded; c) the two screens are spaced over a discharge path, e.g. B. connected to each other via a spark gap.

2. Cable according to claim 1, characterized characterized in that a discharge path is built into each cable connection sleeve is. 3. Cable according to one of claims 1 and 2, characterized in that the Cable cores or lines via symmetrical chokes to one of the conductive shields are connected. Publications considered: German Patent Specifications No. 753 052, 703 628, 893 355, 702 952, 482 714, 536 904, 709 283; Magazine "Elektrizitätswirtschaft", Issue 16, Volume 56, B. 1.957, pp. 551 to 554; "Frequency" magazine, vol. 11, 1957, no.

3, p. 85.