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Hochspannungs-Flachkabel Laie Erfindung betrifft ein ölgefülltes Hochspannungs-Flachkabel,
bei dem die beiden gewöhnlich als Membranflächen bezeichneten flachen Teile des
Kabelmantels durch mindestens je ein regelmäßig quergewelltes Band und eine diese
Bänder umschließende Verschnürung derart elastisch abgestützt sind, daß sie sich
bei Ausdehnung des Öls ausbiegen können. Solche Kabel benötigen über längere Strecken
keine blausdehnungsgefäße.
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Die Verwendung gewellter Bänder hat den Zweck, einerseits die Steifigkeit
gegen Ausliegen zu erhöhen und andererseits eine Dehnung und Zusammendrükkung der
Bänder in Längsrichtung zu ermöglichen, wie sie erforderlich ist, um das Kabel flexibel
zu machen, damit es aufgewickelt und verlegt werden kann.
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Bei den bis jetzt bekannten Kabeln dieser Art werden V-förmige Wellungen
vorgesehen. Auch die Verwendung U-förmig gewellter Bänder, d. h. mit breitem Wellental
und schmalem Wellenberg, ist hierfür bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine andere Form der Wellungen zu schaffen, welche die Herstellung des Kabels erleichtert
und auf eine noch zu erläuternde Weise zu erheblichen Einsparungen führt.
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Gemäß der Erfindung ist die Querschnittsform der Bänder im wesentlichen
rechteckig und symmetrisch zur Mittelebene des Bandes, und die längere Rechteckseite
erstreckt sich in Richtung der Kabellängsachse. Die Länge der langen Seiten der
Rechtecke kann um bis zu sechsmal größer sein als die Länge der kurzen Seiten.
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Mehrere Ausführungsspiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnungen dargestellt.
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F i g. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen
Kabels, bei dem die verschiedenen Umhüllungen von unten nach oben stufenweise entfernt
worden sind; F i g. 2 ist ein Querschnitt des Kabels nach F i g. 1; F i g. 3 zeigt
die Querschnittsform eines erfindungsgemäßen gewellten Bandes; F i g. 4 zeigt die
Querschmttsform eines V-förmig gewellten Bandes der bisher gebräuchlichen Art; F
i g. 5, 6 und 7 zeigen verschiedene Formen der zum Festhalten der gewellten Bänder
dienenden Verschnürung jeweils in einer Abwicklung; F i g. 8, 9 und 10 sind F i
g. 5, 6 und 7 entsprechende Querschnitte längs der Linie A-A.
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Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Kabel hat drei Leiter 10, deren Achsen
in einer gemeinsamen Ebene liegen. Jeder Leiter ist von einer Isolierung 12 umgeben.
Die isolierten Leiter sind in einen Mantel 14 aus Blei oder einem anderen flexiblen
und dichten Material eingeschlossen, der sich an der Ober- und Unterseite in Form
einer ebenen Fläche über die Leiter hinweg erstreckt und so gemäß F i g. 2 die Membranflächen
des Kabels bildet; auf beiden Schmalseiten des Kabels folgt der Bleimantel der Krümmung
der Isolierung der beiden äußeren Leiter. Der Hohlraum innerhalb des Mantels ist
mit einer Ölfüllung 16 versehen. Zwei kräftige Bänder 20, die z. B.
aus hartgezogenem Kupfer oder Bronze bestehen, sind übereinander in etwas gegeneinander
versetzten schraubenlinienförmigen Windungen auf den Bleimantel aufgewickelt und
so angeordnet, daß die Zwischenräume der Windungen des inneren Bandes durch das
äußere Band verdeckt werden, so daß der Bleimantel 14 von den Bändern vollständig
überdeckt wird. Da diese Bänder aufeinandergleiten können, lassen sie ein Biegen
des Kabels zu.
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Auf das äußere Band 20 ist auf jeder Membranfläche des Kabels ein
quergewelltes Band 22 aus elastischem Material, z. B. Bronze, aufgelegt. Das so
aufgebaute Kabel ist von einer Drahtverschnürung 24 umschlossen, welche die Bänder
22 gegen die Membranflächen drückt und sich über die gekrümmten Seitenflächen des
Kabels erstreckt.
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Das gesamte Kabel ist von einer äußeren Hülle 26 aus Jute umschlossen,
die geteert oder mit Bitumen
getränkt ist; gegebenerrfal_s kann
ein anderer Schutz oder eine Panzerung vorgesehen sein.
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Wie in F i g. 3 dargestellt, bildet die Wellung der Bänder 22 annähernd
rechteckige Querschnittsteile 28, die sich abwechselnd nach oben und unten öffnen,
wobei sich die Langseiten 30 in der Längsrichtung des Kabels erstrecken und wobei
die Länge dieser Abschnitte einem Vielfachen, z. B. bis zum Sechsfachen der Länge
der kürzeren Seiten 32 entspricht. Aus praktischen Gründen sind die kürzeren Seiten
32 der Rechtecke abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen geneigt und gehen bei
34 mit einer engen Krümmung in die Langseiten 30 über. Somit kann die Teilung s
der Wellung gemäß F i g. 3 bis zu zwölfmal größer sein als die Höhe h der Wellungen.
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F i g. 4 zeigt die bis jetzt gebräuchliche Form eines gewellten Bandes
36. Der Querschnitt dieses Bandes setzt sich aus V-förmigen Wellungen zusammen,
die jeweils durch gleichschenklige Dreiecke 38 mit abgerundeten Scheiteln gebildet
werden.
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Die Berechnung eines Kabels der beschriebenen Art beruht auf der Annahme,
daß die gewellten Bänder zusammen mit der sie umgebenden Verschnürung imstande sein
müssen, die Wirkungen auszuhalten, welche auf Änderungen des Volumens und des Drucks
des in dem Kabel vorhandenen Öls zurückzuführen sind, die ihrerseits durch Temperaturänderungen
verursacht werden. Wenn sich das Öl ausdehnt, werden die Membranflächen parabolisch
durchgebogen, und bei jeder Membranfläche muß diese Verformung elastisch durch die
gewellten Bänder aufgenommen werden, die auf beiden Seiten des Kabels durch die
Verschnürung in ihrer Lage gehalten werden. Schneidet man aus dem Kabel quer zu
dessen Achse ein kurzes Stück heraus, bildet jedes Band einen an seinen Enden unterstützten
Träger, dessen Länge gleich der Breite des Bandes ist. Dieser Träger ist einer gleichmäßig
verteilten Belastung durch den Öldruck ausgesetzt. Ausgehend von den Druckverhältnissen
im Kabel und der für das Zurückbiegen der Membranflächen des Mantels erforderlichen
Federkraft der gewellten Bänder ist es möglich, das erforderliche Trägheitsmoment
des Querschnitts des gewellten Bandes pro Längeneinheit zu berechnen (vgl. Proceedings
IEE, Teil A, 1956, S. 134 bis 145, insbesondere S. 137 bis 139). Bei einer bestimmten,
für die Ausdehnung des Öles erforderlichen Durchbiegung ist es ferner möglich, die
maximal zulässige Höhe der Wellungen zu berechnen, wenn man berücksichtigt, daß
die äußersten Teile des Bandquerschnitts, die von der in F i g. 3 durch eine strichpunktierte
Linie bezeichneten neutralen Achse am weitesten entfernt sind, bei der maximalen
Belastung nicht bleibend gedehnt werden dürfen. Somit ist diese Höhe die gleiche
für das bekannte Band nach F i g. 4 und für das in F i g. 3 gezeigte erfindungsgemäß
gewellte Band.
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Ein Vergleich der Wellungen der in F i g. 3 und 4 gezeigten Bänder
läßt erkennen, daß bei dem erfindungsgemäß gewellten Band nach F i g. 3 relativ
viel Material in den oberen und unteren Teilen des Querschnitts liegt, während im
Bereich der neutralen Achse des Querschnitts verhältnismäßig wenig Material vorhanden
ist. Bei gleicher Höhe der Wellungen und der gleichen Materialdicke bietet daher
die Form nach F i g. 3 ein größeres Trägheitsmoment. Unter der Annahme, daß das
Trägheitsmoment eines Bandes der in F i g. 4 gezeigten Form ausreicht, um die auftretende
Last aufzunehmen, ermöglicht es das in F i g. 3 gezeigte, nach der Erfindung geformte
Band, ein Trägheitsmoment gleicher Größe unter Verwendung eines Materials geringerer
Bandstärke vorzusehen.
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Ferner zeigt ein Vergleich zwischen F i g. 3 und 4 deutlich, daß die
gestreckte Länge des Bandes nach F i g. 3 erheblich geringer ist als diejenige des
bekannten Bandes nach F i g. 4. Somit benötigt man bei gegebener Länge des Kabels
für das erfindungsgemäß gewellte Band einen Materialstreifen von geringerer Länge.
Insgesamt kann die Einsparung an Bandmaterial bis zu etwa 50% betragen.
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An Stelle der Verwendung eines einzigen gewellten Bandes auf jeder
Seite des Kabels ist es bekannt und in der Praxis in vielen Fällen vorteilhaft,
zwei übereinandergelegte dünnere gewellte Bänder vorzusehen, die sich aneinander
abstützen. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausbildungsform mit zwei solchen Bändern
hat das eine Band eine geringere Breite als das andere. In F i g. 1 und 2 erkennt
man ein unter dem Band 22 angeordnetes schmaleres Band 40, dessen Breite etwa 70
% der Breite des Bandes 22 entspricht. Aus der Theorie des belasteten Trägers ist
bekannt, daß sich hierbei eine bessere Ausnutzung des Materials ergibt, denn man
kann dafür sorgen, daß das äußere Band längs der Kanten des inneren Bandes der gleichen
Biegebeanspruchung ausgesetzt wird wie in der Mitte des Bandes. Versuche haben gezeigt,
daß die parabolische Durchbiegung nahezu unverändert bleibt, wenn man die Bandbreite
in der beschriebenen Weise abstuft, wobei sich gleichzeitig eine weitere Verringerung
des Materialverbrauchs für die Bänder von etwa 150/0 ergibt.
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Die Wellung der Bänder 22 und 40 verläuft gemäß F i
g. 1 rechtwinklig zur Längsachse der Bänder, und hieraus ergibt sich eine Vereinfachung
der Werkzeuge im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen, etwas geneigten Wellungen.
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F i g. 5 bis 10 zeigen verschiedene Anordnungen der Drahtverschnürung
und die Lage der Verschnürungsdrähte gegenüber den Wellungen der Bänder
22.
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F i g. 5 und 8 entsprechen F i g. 1 und zeigen zwei Verschnürungsdrähte
24, die sich jeweils durch ein Wellental der beiden Bänder erstrecken. Das
auf der Oberseite des Kabels liegende Band ist in F i g. 5 mit 22a bezeichnet, während
das auf der Unterseite liegende Band mit 22b bezeichnet ist. Diese beiden Bänder
sind gegeneinander um die halbe Teilung, d. h. um s/2, versetzt.
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Verzichtet man auf eine Vereinfachung des Werkzeugs zum Herstellen
der Wellungen, kann man die Wellungen auch schräg zur Längsachse der Bänder anordnen,
wobei gemäß F i g. 6 und 9 die Ganghöhe der schraubenlinienförmigen Windungen gleich
2s, d. h. dem Doppelten der Wellungsteilung s ist und somit jeder Draht der vorzugsweise
zweigängigen Verschnürung durch jedes zweite Wellental verläuft.
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Bei der Anordnung gemäß F i g. 7 und 10, bei der die Ganghöhe der
Verschnürung der Teilung s der Wellungen entspricht, ist es möglich, die beiden
Verschnürungsdrähte 24 so anzuordnen, daß jeweils ein Draht in jeder der beiden
Abrundungen 34 jedes Wellentales liegt, und zwar über die ganze Breite des Bandes,
so daß die darunterliegenden Bänder 20 geringeren Anforderungen bezüglich
der Druckverteilung zu entsprechen brauchen.
Bei allen gezeigten
Ausbildungsformen besteht die Verschnürung aus doppelten schraubenlinienförmigen
Windungen, die durch zwei Drähte gebildet werden; diese Anordnung erweist sich in
der Praxis als die zweckmäßigste. Durch jedes Wellental der gewellten Bänder auf
beiden Membranflächen verlaufen dabei entweder ein Draht oder zwei Drähte, wie es
aus den Figuren ersichtlich ist.
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In allen Fällen wird erreicht, daß die Ganghöhe der Verschnürung größer
ist als bei den bis jetzt gebräuchlichen Anordnungen, so daß die Produktionsgeschwindigkeit
erhöht wird.
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In der Praxis hat-es sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß gewellten
Bänder dem Kabel in vollem Maße die gewünschte Flexibilität verleihen.
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Die Tatsache, daß die gewellten Bänder quer zum Kabel innerhalb relativ
breiter Streifen ihre Unterstützungen nicht berühren, was auf die besondere Form
der Wellungen zurückzuführen ist, führt nicht zu irgendwelchen Nachteilen, denn
die Bänder 20 können in allen Fällen so ausgebildet und angeordnet werden, daß sie
den Druck in ausreichendem Maße verteilen.
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Die Erfindung läßt sich auch bei zweiadrigen Flachkabeln entsprechend
der Anordnung nach F i g. 1 und 2 anwenden, wobei lediglich einer der isolierten
Leiter fortgelassen wird und die Abmessungen in der Richtung der längeren Achse
des Kabelquerschnitts entsprechend verkleinert werden.
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Zweiadrige Kabel lassen sich vorteilhaft zum übertragen hoher Leistungen
mit Gleichstrom hoher Spannung verwenden. Hierbei kann man bestimmte Änderungen
bezüglich der Materialien für den Kabelmantel, die Bänder und die Verschnürung vorsehen,
die nicht aus unmagnetischem Material zu bestehen brauchen, wie es bei Wechselstrom
erforderlich ist, um die Verluste zu verringern; vielmehr können die genannten Teile
z. B. auch aus Stahl bestehen.