DE1640104C3 - End closure for liquid-cooled coaxial high frequency power cables - Google Patents

End closure for liquid-cooled coaxial high frequency power cables

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DE1640104C3 DE19671640104 DE1640104A DE1640104C3 DE 1640104 C3 DE1640104 C3 DE 1640104C3 DE 19671640104 DE19671640104 DE 19671640104 DE 1640104 A DE1640104 A DE 1640104A DE 1640104 C3 DE1640104 C3 DE 1640104C3
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Walter 5000 Koeln Scherrer
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02G15/20—Cable fittings for cables filled with or surrounded by gas or oil
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    • H—ELECTRICITY
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Description

3 43 4

endes abgeschirmt sind. Besteht das Kühlflüssigkeits- Energieubstrahiung nach außen verhindert. Durchare shielded. If the cooling liquid prevents energy from being transmitted to the outside. Through

rohr tu bekannter Weise aus Isolierstoff, dann ist zur geeignete Dimensionierung der VerzögerungsleitungThe pipe is made of insulating material in a known manner, then it is necessary to dimension the delay line appropriately

Abschirmung gemäß der weheren Erfindung dieses läßt sich erreichen, daß der durch die KoppelorganeShielding according to the weheren invention this can be achieved by the coupling elements

Rohr an seiner Verbindungsstelle mit dem Innen- bedingte Reikktionsfaktor selbst bei einer Breite desPipe at its junction with the inside-related friction factor even with a width of

leiter von einem mit diesem leitend verbundenen 5 Übertragungsbereiches von mehr als zwei Oktaven anHead of a transmission range of more than two octaves that is conductively connected to it

metallischen Hohlkegei und außen von einem weiten den Bandenden unter 5 % bleibt,metallic hollow cone and outside of a wide strip ends below 5%,

und mit dem Außenleiter leitend verbundenen Metali- Dieser Reflexionsfaktor kann noch weiter ernie-and metal conductively connected to the outer conductor This reflection factor can be reduced even further.

zylinder umgeben. drigt werden, wenn nach der weiteren Erfindung dercylinder surrounded. be drigt if according to the further invention of

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen durch die als Parallelschwingkreis wirkende Verzö-The advantages achieved with the invention are based on the delay acting as a parallel resonant circuit

insbesondere darauf, daß die Flüssigkeitssäule im jo genmgsicitung verursachte Reflexionsfaktor in derin particular that the liquid column in the jo genmgsicitung caused reflection factor in the

Endverschiuß ausreichend lang gewählt werden Hochfrequenzenergieleitung breitbandig durch einenEnd closure chosen to be sufficiently long high-frequency power line broadband through a

kann, und daß sie gegen das elektromagnetische Feld aus konzentrierten Schaltelementen bestehendencan, and that they consist of concentrated switching elements against the electromagnetic field

abgeschirmt ist. Hinzu kommt die Abschirmung der Reihenschwingkreis kompensiert wird.is shielded. In addition, there is the shielding that compensates for the series resonant circuit.

Umgebung des Endverschlusses gegen das elektrische Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind inEnvironment of the termination against the electrical Three embodiments of the invention are shown in FIG

Feld des Kabelendes. Damit können die im Bereich 15 der Zeichnung dargestellt und werden im folgendenField of the cable end. This means that they can be shown in area 15 of the drawing and will be described below

des Endverschlusses auftretenden Energieverluste auf näher beschrieben. Es zeigtof the end closure occurring energy losses are described in more detail. It shows

ein Minimum beschränkt werden. Dieser Voneil F i g. 1 einen Endverschluß mit einem Kühlflüssig-be kept to a minimum. This Voneil F i g. 1 an end cap with a cooling liquid

mach! sich besonders bei der Verwendung von Was- keitsrohr aus Isolierstoff,do! especially when using a water pipe made of insulating material,

ser als Kühlmittel bemerkbar. Vorteilhaft ist Fig. 2 den Eadverschluß mit einem Kühlflüssig-water noticeable as a coolant. Advantageously, Fig. 2 is the Eadverschluß with a cooling liquid

schließlich die einfache Ausgestaltung de* End- 20 keitsrohr aus Metall in Form einer Zylinderspule, alsFinally, the simple design of the end tube made of metal in the form of a solenoid, as

Verschlusses. Innenleiter einer koaxialen Verzögerungsleitung undClosure. Inner conductor of a coaxial delay line and

Damit temperaturbedingte LängenänJerungen zwi- Fig. 3 den Endverschluß mit einem metallischenThus temperature-related changes in length between Fig. 3 the end closure with a metallic

sehen dem Innenleiter aus Metall und dem Kühl- Kühlfiüssigkeitsrohr in Form eines Scheibenleiters,see the inner conductor made of metal and the coolant tube in the form of a disc conductor,

flüssigkeitsrohr aus Isolierstoff ausgeglichen werden Allen drei Ausführungen ist gemeinsam, daß derliquid pipe made of insulating material to be compensated All three versions have in common that the

können, ist nach der weiteren Erfindung zwischen 25 rohrförmige, flüssigkeitsdichte und druckfeste Innen-can, according to the further invention between 25 tubular, liquid-tight and pressure-resistant inner

beiden Rohren ein elastisches metallisches Rohrstück leiter 1 des Koaxialkabels durch den En&verschlußtwo tubes an elastic metallic pipe section head 1 of the coaxial cable through the end & lock

eingefügt. Hierzu kann etwa ein gewelltes Tombak- hindurch geführt und mittels der Isolierscheibe 2inserted. For this purpose, a corrugated tombac can be passed through and by means of the insulating washer 2

rohr verwendet werden. arretiert ist. Die Hochfrequenzenergie wird dempipe can be used. is locked. The high frequency energy is the

Die weiterführende Aufgabe, den erfindungs- Kabel über das Koaxialgebilde 3,4 in radialer Rich-The further task of the invention cable over the coaxial structure 3, 4 in the radial direction

gemäßen Endverschluß so auszubilden, daß an die 30 tung zu- bzw. von diesem abgeführt. Das Zu- bzwto train according to the end closure so that the 30 device is supplied or discharged from this. The access or

elektrische Qualität der Kühlflüssigkeit keine hohen Abflußrohr 5 a, 5 b, 5 c für die Kühlflüssigkeit 6 wirdelectrical quality of the cooling liquid no high drainage pipe 5 a, 5 b, 5 c for the cooling liquid 6 is

Anforderungen gestellt zu werden brauchen, wird von einem weiten Metallzylinder 7 umgeben, der mitRequirements need to be made is surrounded by a wide metal cylinder 7, with

nach der weiteren Erfindung dadurch gelöst, daß das dem Kabelaußenleiter 8 leitend verbunden ist, undsolved according to the further invention in that the outer cable conductor 8 is conductively connected, and

Kühlflüssigkeitsrohr aus Metall besteht und zusam- der die Umgebung gegen den Feldraum abschirmt,The coolant pipe is made of metal and together shields the environment from the field space,

men mit dem äußeren abschirmenden Metallzylinder 35 In der Ausführung nach Fig. 1 mündet das Innen-men with the outer shielding metal cylinder 35 In the embodiment according to FIG. 1, the inner

in der Art einer hochohmigen, einseitig kurzge- leiterrohr 1 in ein elektrisch nichtleitendes Rohr 5 a, in the manner of a high-resistance, one-sided short conductor tube 1 into an electrically non-conductive tube 5 a,

schlossenen, koaxialen Verzögerungsleitung ausgc- das die Kühlflüssigkeit 6 durch den Feldraum zwi-closed, coaxial delay line excluding the cooling liquid 6 through the field space between

bildet Lt. Eine Ausführungsform dieser Verzöge- sehen dem Innen- und dem Außenleiter leitet. Anforms Lt. One embodiment of this delay sees the inner and outer conductors. On

rungsleitung besteht nach der weiteren Erfindung der Verbindungsstelle zwischen beiden Rohren be-According to the further invention, the connection point between the two pipes consists of

darin, daß der die Kühlflüssigkeit führende Innen- 40 findet sich ein mit dem Innenleiter leitend verbun-in that the inner conductor carrying the coolant is connected to the inner conductor in a conductive manner.

leiter als Zylinderspule, die vorzugsweise auf einem dener metallischer Hohlkegel 9, der die Kühlflüssig-conductor as a solenoid, which is preferably on a dener metallic hollow cone 9, which the cooling liquid

Ferritkern aufgebracht ist, ausgebildet ist. Die keit weitgehend gegen das elektrische Feld abschirmt,Ferrite core is applied, is formed. The ability largely shields against the electric field,

strömungstechnisch günstigste Führung der Kühl- Durch die Wahl des Durchmessers des äußerenFluidically most favorable guidance of the cooling By the choice of the diameter of the outer

flüssigkeit ergibt sich jedoch, venn nach der weiteren Metallzylinders 7, der Länge des Kühlflüssigkeits-liquid results, however, venn after the further metal cylinder 7, the length of the cooling liquid

Erfindung der Innenleiter der koaxialen Verzöge- 45 rohres 5 α und der Formgebung des abschirmendenInvention of the inner conductor of the coaxial delay 45 tube 5 α and the shape of the shielding

rungsleitung als Scheibenleiter ausgebildet ist. Hierbei Hohlkegels 9 können die im Koppelbereich in deris designed as a disc conductor. Here hollow cone 9 can be in the coupling area in the

erfolgt die Führung der Kühlflüssigkeit ohne Krüm- Kühlflüssigkeit anfallenden Energieverluste auf einthe cooling liquid is routed to one without incurring energy losses

mung und ohne Querschnittverengung zwischen dem Minimum beschränkt werden.mung and without cross-sectional constriction between the minimum are limited.

Kühiflüssigkeitsrohr und dem Innenleiterrohr. In den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 mündetCooling liquid tube and the inner conductor tube. In the embodiments according to FIGS. 2 and 3 leads to

Von den mit der weiteren Erfindung erzielten Vor- 50 das Innenleiterrohr 1 des Kabels in ein Metallrohr,Of the advantages achieved with the further invention, the inner conductor tube 1 of the cable into a metal tube,

teilen seien genannt: Da die Kühlflüssigkeit durch das die Kühlflüssigkeit zu- bzw. abführt, und das denparts are mentioned: Since the cooling liquid is supplied or discharged through the, and the

die Verwendung eines Zu- bzw. Abflußrohres aus Innenleiter einer hochohmigen, am Verschlußendethe use of an inlet or outlet pipe from the inner conductor of a high-resistance, at the closure end

Metall vollkommen feldfrei bleibt, werden Hoch- kurzgeschlossenen, koaxialen VerzögerungsleitungMetal remains completely field-free, high-short-circuited, coaxial delay lines are used

frequenzencrgieverluste in ihr vermieden, und an bildet. Es ist nach Fig. 2 als Spule5b oder nachFrequency loss in it avoided and educated. It is according to Fig. 2 as a coil 5 b or after

ihre elektrische Qualität brauchen keine hohen 55 F i g. 3 als Scheibenleiter 5 c ausgebildet. Der Außen-their electrical quality does not need a high 55 F i g. 3 designed as a disc conductor 5 c. The outside

Anforderungen gestellt zu werden. Da der Außen- leiter der Verzögerungsleitung wird durch den weitenRequirements to be made. Because the outer conductor of the delay line is through the wide

leiter der Verzögerungsleitung den Feldraum des äußeren Metallzylinder 7 gebildet, der die UmgebungHead of the delay line formed the field space of the outer metal cylinder 7, which is the environment

Kabels vollkommen nach außen abschirmt, wird eine vollkommen gegen den Feldraum abschirmt.If the cable is completely shielded from the outside, one is completely shielded from the field space.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

ί 840 104 ι * vom Umfang des Leiters. Das hat zur Folge, daß Patentansprüche: bei Koaxialkabeln der größte Teil dieser Verluste am lanemeiter entsteht, und daß die rix-i werdendeί 840 104 ι * the size of the head. The consequence of this is that patent claims: with coaxial cables, the majority of these losses occur on the lanemeiter, and that the rix-i become 1. EndverscMuß für koaxiale Hochfrequenz- Wärme über das Dielektrikum an den Außenleiter energiekabei mit flüssigkeitsgekühltem Inneuleiter, 5 und von diesem an die Umgebung abgeiuhrt werdeu dadurch gekennzeichnet, daß die muß. Die Erwärmung des limenietters, der durch Hochfrequenzenergie in radialer Richtung dem die üblichen Isolierstoffe eine Temperaturgrenze von Kabel zu- bzw. abgeführt wird, wogegen die 100 bis 160° C gesetzt ist, und die Forderung, immer Kühlflüssigkeit in axialer Richtung durch das höhere Energie zu übertragen, haben be? den elektromagnetische Feld des Kabels dem Innen- io koaxiaJen Hochfrequenzenergiekabein zu Abrnessunleiter zu- bzw. abgeführt wird, und daß sowohl gen geführt, die mit wirtschaftlich zu vertretendem1. EndverscMuß for coaxial high-frequency heat through the dielectric to the outer conductor energy cable with liquid-cooled inner conductor, 5 and from this to the environment will be characterized in that the must. The heating of the limenietter, which is supplied or discharged by high-frequency energy in the radial direction from which the usual insulating materials a temperature limit of cables, whereas the 100 to 160 ° C is set, and the requirement to always add cooling liquid in the axial direction due to the higher energy transferred, have be? the electromagnetic field of the cable to the indoor io koaxiaJen Hochfrequenzenergiekabein to Abrnessunleiter is fed or discharged, and that both conditions are carried out with what is economically justifiable ' die Kühlflüssigkeit als auch die Umgebung gegen Aufwand nicht mehr vergrößert werden können,'' The coolant and the surrounding area can no longer be increased at a cost, das elektrische Feld des Kabelendes abgeschirmt Es ist zwar bekannt, uie Kühlung des InnenleitersThe electrical field of the cable end is shielded. It is known to cool the inner conductor sind. dadurch zu verbessern, daß der Luftanteil des FeId-are. to be improved by the fact that the air content of the field 2. Endverschluß nach Anspruch 1 mit einem 15 raumes durch ein geeignetes, unter Druck stehende= Kühlflüssigkeitsrohr aus Isolierstoff, dadurch Gas eingenommen wird. Ferner ist es bekannt, die gekennzeichnet, daß dieses Rohr (5 α) an seiner Wärmeabstrahlung durch entsprechende Farbgebung Verbindungsstelle mit dem Innenleiter (1) von von Innen- und Außenleiter zu erhöhen. Die hiermit einem mit diesem leitend verbundenen metalli- erreichbare Erhöhung der übertragbaren Leistung sehen Hohlkegei (9) und außen von einem weiten ao beträgt jedoch kaum mehr als 50% und ist gemessen und mit dem Außenleiter leitend verbundenen am Aufwand gering. Verwendet man dagegen für Metallzylinder (7) umgeben ist. den Innenleiter ein druckfestes Rohr, so kann die2. End closure according to claim 1 with a 15 space by a suitable, pressurized = Coolant pipe made of insulating material, through which gas is ingested. It is also known that the characterized in that this tube (5 α) on its heat radiation by appropriate coloring To increase the connection point with the inner conductor (1) of the inner and outer conductor. The herewith an increase in the transmittable power that can be achieved through a metal that is conductively connected to this see Hohlkegei (9) and outside of a wide ao is hardly more than 50% and is measured and connected to the external conductor with little effort. If, on the other hand, is used for Metal cylinder (7) is surrounded. the inner conductor a pressure-resistant tube, so the 3. Endverschluß nach Anspruch 2, dadurch hierin entstehende Wärme unmittelbar von einem gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlflüssig- durch das Rohr strömenden Kühlmittel aufgenomkeitsrohr (5 a) aus Isolierstoff und dem Innen- 35 men und abgeführt werden. Die auf diese Weise leiterrohr (1) ein elastisches, temperaturbedingte erreichbare erhöhung der übertragbaren Leistung ist Längenänderungen ausgleichendes, metallisches so groß, daß deren Begrenzung nunmehr durch die Rohrstück eingefügt ist. Spannungsfestigkeit des Kabels gegeben ist. Da das3. End closure according to claim 2, characterized in that the resulting heat directly from one characterized in that between the cooling liquid flowing through the pipe coolant aufgenomkeitsrohr (5 a) made of insulating material and the inner 35 men and dissipated. The ladder tube (1) in this way, an elastic, temperature-dependent increase in the transferable power which can be achieved, is metallic, which compensates for changes in length, so that its limitation is now inserted through the pipe section. Dielectric strength of the cable is given. Since that 4. Endversch'uß nach Anspruch 1, dadurch Kühlmittel im feldfreien Raum des Rohrinneren gekennzeichnet, daß das Kühlflüssigkeitsrohr 30 fließt, werden die elektrischen Eigenschaften des (5 b, 5 c) aus Metall besteht un.% zusammen mit Kabels hierdurch nicht beeinflußt.4. Endversch'uß according to claim 1, characterized in that the coolant in the field-free space of the pipe interior is that the coolant pipe 30 flows, the electrical properties of the (5 b, 5 c) are made of metal. % together with cables not affected by this. dem äußeren abschirmender. MetaHzylindcr (7) in Bei den Endverschlüssen für ein solches Kabel istthe outer shielding one. MetaHzylindcr (7) in the terminations for such a cable is der Art einer hochohmigen, einseitig kurzge- dafür zu sorgen, daß die Kühlflüssigkeit dem Innen-the type of high-resistance, one-sided short-term to ensure that the coolant to the inner schlossenen, koaxialen Verzögerungsleitung aus- leiter dergestalt zu- bzw. abgeführt wird, daß dieClosed, coaxial delay line divider is supplied or discharged in such a way that the gebildet ist. 35 im Bereich des Endverschlusses auftretenden Ver-is formed. 35 occurring in the area of the termination 5. Endverschluß nach Anspruch 4, dadurch Iuste an Hochfrequenzenergie minimal gehalten wergekennzeichnet, daß der die Kühlflüssigkeit füh- den. Dazu ist es bereits bekannt «'deutsche Patentrende Innenleiter der koaxialen Verzögerungs- schrift 912 109), die Kühlflüssigkeit am Ende des leitung als Zylinderspuie (5 b), die vorzugsweise Koaxialkabels in radialer Richtung durch das elektroauf einem Ferritkern aufgebracht ist, ausgebildet 40 magnetische Feld des Kabels dem Innenleiter zuist, bzw. aus diesem abzuführen, wobei das Kühlflüssig-5. Termination according to claim 4, characterized in that the loss of high-frequency energy is kept to a minimum and that the cooling liquid is carried out. For this purpose, it is already known '' German patent trend inner conductor of the coaxial delay writing 912 109), the cooling liquid at the end of the line is formed as a cylinder coil (5 b), which is preferably applied to the coaxial cable in the radial direction by the electro-magnetic field on a ferrite core of the cable to the inner conductor, or to lead away from it, whereby the cooling liquid 6. Endverschluß nach Anspruch 4, dadurch keitsrohr aus Isolierstoff besteht. Bei dieser Anordgekennzeichnet, daß der die Kühlflüssigkeit füh- nung hat die Flüssigkeit eine niedrige Säulenhöhe rende Innenleiter der koaxialen Verzögerungs- und durchläuft einen Bereich hoher Felddichte, was leitung als Scheibenleiter (5 c) ausgebildet ist. +5 beides, insbesondere bei der Verwendung von Wasser6. End closure according to claim 4, characterized by the keitsrohr made of insulating material. In this arrangement it is characterized that the cooling liquid has a low column height, the liquid has a low column height rende the inner conductor of the coaxial deceleration and passes through an area of high field density, which line is designed as a disk conductor (5 c). +5 both, especially when using water 7. Endverschluß nach Anspruch 5 oder 6, als Kühlmittel, zu unzulässigen Energieverlusten, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die als verbunden mit einer zusätzlichen Erwärmung des Parallelschwingkreis wirkende Verzögerungs- Kühlmittels führt. Nachteilig ist ferner, daß die leitung verursachte Reflexionsfaktor in der Hoch- radiale Zu- bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit nicht frequcnzenergieleitung breitbandig durch einen 50 nur eine aufwendige Konstruktion erfordert, sondern aus konzentrierten Schaltelementen bestehenden auch eine strömungstechnisch nicht günstige Lösung Reihenschwingkreis kompensiert wird. ist.7. End closure according to claim 5 or 6, as a coolant, to inadmissible energy losses, characterized in that the as connected with an additional heating of the Parallel resonant circuit acting delay coolant leads. Another disadvantage is that the line did not cause the reflection factor in the high radial supply or discharge of the cooling liquid Broadband frequency power line through a 50 only requires an elaborate construction, but rather consisting of concentrated switching elements also a fluidically not favorable solution Series resonant circuit is compensated. is. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieseThe invention is based on the object Nachteile zu vermeiden, und den Endverschluß soAvoid disadvantages, and the end closure like that 55 auszubilden, daß bei einer strömungstechnisch günstigen Führung der Kühlflüssigkeit die Hochfrequenz-55 train that with a fluidically favorable guidance of the cooling liquid, the high-frequency Die Erfindung betrifft einen Endverschluß für energieverluste im Bereich des Endverschlusses und koaxiale Hochfrequenzenergiekabel mit flüssigkeits- die Gefahr der Kreuzmodulation, insbesondere im gekühltem Innenleiter. Kurz- und Ultrakurzwellenbereich, auf ein MinimumThe invention relates to an end closure for energy losses in the area of the end closure and coaxial high frequency power cables with liquid - the risk of cross modulation, especially in the cooled inner conductor. Short and ultra short wave range, to a minimum Bei der Übertragung elektrischer Hochfrequenz- 60 beschränkt werden.When transmitting electrical high-frequency 60 are limited. energie über symmetrische oder koaxiale Kabel Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurchenergy via symmetrical or coaxial cables This object is achieved according to the invention treten in den metallischen Leitern Stromwärme' gelöst, daß die Hochfrequenzenergie in radialer Verluste auf, die bei gegebenem Strom um so höher Richtung dem Kabel zu- bzw. abgeführt wird, wosind, je geringer der zur Stromführung dienende gegen die Kühlflüssigkeit in axialer Richtung durch Leiterquerschnitt ist. Da der Strom infolge des 65 das elektromagnetische Feld des Kabels dem Innen-Skineffekts mit zunehmender Frequenz in einer leiter zu- bzw. abgeführt wird, und daß sowohl die immer dünneren Schicht an der Oberfläche des Lei- Kühlflüssigkeit als auch die Umgebung des Endters fließt, sind die Stromwärmeverluste abhängig Verschlusses gegen das elektrische Feld des Kabel-occur in the metallic conductors 'current heat' that the high frequency energy in radial Losses which, for a given current, are fed to or removed from the cable in the higher direction, the lower the one used to conduct electricity against the coolant in the axial direction Conductor cross-section is. Because the current as a result of the 65 the electromagnetic field of the cable has the inner skin effect with increasing frequency in a ladder is supplied or discharged, and that both the thinner and thinner layer on the surface of the lei coolant as well as the environment of the endter flows, the current heat losses are dependent on closure against the electrical field of the cable
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