DE2230641C3 - Elektrisches Energiekabel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Derartige Kabel werden zur Energieübertragung starker elektrischer Wechselströme bei Industriefrequenzen, insbesondere im Kryobereich verwendet. Sie eignen sich jedoch auch zur Energieübertragung bei Frequenzen von mehreren Kilohertz und bei Umgebungstemperatur.

Bei einem massiven Leiter aus hochreinem Aluminium, der beispielsweise bei einer Temperatur von 80° Kelvin zur Übertragung eines Wechselstroms von 50 bis Hz dient, beträgt erfahrungsgemäß die maximale Eindringtiefe des Stroms in den Leiter zwischen 3 und mm. Ein bekanntes Verfahren zur Reduzierung des Skineffekts besteht darin, den massiven Leiter in eine Vielzahl von Einzelleitern zu teilen, um eine bessere Stromverteilung zu erzielen. Es ist ferner bekannt, Kabel herzustellen, die aus mehreren miteinander verseilten Einzelkabeln bestehen. Bei der Herstellung derartiger Kabel ergeben sich schwer lösbare mechanische Probleme, wenn msn möglichst viele Einzelleiter in einem bestimmten Volumen unterbringen will.

Damit der elektrische Widerstand des Kabels für Wechselstrom annähernd den gleichen Wert wie für Gleichstrom hat, muß der Durchmesser der Einzelleiter umso geringer sein, je größer der Querschnitt des zusammengesetzten Leiterkabels ist. Damit der übertragene Strom im Kabel keine Änderung erfährt, ist es erforderlich, daß die Einzelleiter des Kabels nacheinander verschiedene Lagen zwischen dem Außen- bzw. Innendurchmesser des Kabels einnehmen.

Der Durchmesser der Einzelleiter hängt von der vom Kabel übertragenen Stromstärke ab.

Ein einen starken Strom übertragendes Kabel muß einerseits einen großen wirksamen Gesamtdurchmesser und andererseits sehr viele Einzelleiter mit je sehr kleinem Durchmesser besitzen. Damit nimmt at sr der ίο Füllfaktor je Volumeneinheit sehr unbefriedigend kleine Werte an.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kabel der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich ein hoher Füllfaktor mit einem sehr schwachen Skineffekt und einem sehr einfachen Herstellungsverfahren verbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kabels sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil eines derartigen Kabelaufbaus besteht

darin, daß der Füllfaktor sehr groß ist, so daß ein elektrischer Strom in einem Leiter mit geringem Widerstand und einem auf das Minimum reduzierten Durchmesser auf wirtschaftliche Weise übertragen werden kann. Außerdem ist das Herstellungsverfahren einfach und billig. Das hergestellte Kabel ist flexibel und kann daher leicht für Transportzwecke und zur Montage auf eine Rolle gewickelt werden. Durch geeignete Wahl des Wicklungswinkels der Leiterbänder auf den zentralen Isolierbändern wird eine gleiche Länge aller Einzelleiter des Kabels gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch als Perspektivansicht das Kabel, das aus einer Vielzahl von Leiterstäben besteht

Fig.2 zeigt schematisch in Perspektive einen •»ο Leiterstab während seiner Herstellung.

F i g. 3 und 4 zeigen zwei Stufen des Verfahrens der Herstellung des Kabels nach F i g. 1.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Das Kabel in F i g. 1 besteht aus einer Vielzahl von Leiterstäben 1, die in Längsrichtung derart angeordnet sind, daß sie ein zylinderförmiges Kabel bilden, dessen Seele von einem perforierten Wellrohr 31 gebildet ist.

Der Stab 1 hat eine erste Seite 3 und eine zweite Seite 4 mit großer Oberfläche sowie schmale Seiten 5 und 6. Diese Stäbe sind im Kabel so angeordnet, daß die erste große Seite des einen Stabes teilweise eine große Seite eines angrenzenden Stabs überdeckt und daß die zweite große Seite teilweise von einer großen Seite eines anderen angrenzenden Stabes abgedeckt wird. Die eine Schmalseite 5 jedes Stabes tangiert das Rohr 31; die Stäbe umgeben das Rohr wendelförmig und liegen in einem bestimmten Winkel zueinander versetzt um die Mantelachse herum.

μ Ein als Haltewendel wirkendes Isolierband 7, beispielsweise aus Polyäthylen, ist um das Kabel herumgewickelt, um diesem einen guten Zusammenhalt zu geben.

Der zentrale vom Rohr umschlossene Kanal kann zum Umlauf eines kryogenen Mediums verwendet werden.

Fig. 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Leiterstabs 1; dieser weist einen Kern in Form eines

elektrisch isolierenden Bandes 32 auf, das aus zwei Bändern 8 und 9, beispielsweise aus Polyäthylen besteht, die mit ihren einander zugewandten Flächen 10 und 11 aneinander liegen. Die Bänder 8 und 9 haben eine sehr geringe Stärke, um einen guten Füllfaktor zu gewährleisten, und geben dem Leiterstab die nötige mechanische Festigkeit Um diese Isolierbänder 8 und 9 sind zwei Leiterbänder 14 bzw. 15 wendelförmig herumgewickelt, die jeweils aus einem isolierenden klebenden Trägerband 13 und 13 und darauf aufgeklebten Einzelleitern 12 und 17 bestehen.

Diese Einzelleiter können beispielsweise aus Aluminium bestehen, mit Isolierlack überzogen sein und einen rechteckigen Querschnitt haben, damit ein hoher Füllfaktor je Volumeneinheit erzielt wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Leiterbänder 14 bzw. 15 gleichzeitig um die Isolierbänder 8 und 9 wendelförmig herumgewickelt sind.

So sind beispielsweise etwa hundert Aluminiumdrähte von 0,5 mm Durchmesser parallel in einem Leiterband angeordnet, und das erzielte Band hat eine Breite von etwa 50 bis 55 mm sowie eine Dicke von etwa 0,5 bis 0,6 mm. Beide zur Herstellung des Leiterstabs verwendeten Leiterbänder sind ggf. durch einen Zwischenraum 16 voneinander getrennt, um eine Verformung des Leiterstabs bei der Herstellung des Kabels zu erleichtern.

Ein Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß der Füllfaktor der einzelnen Leiter je Volumeneinheit des Leiterstabs sehr hoch ist Herkömmliche Kabel dieser Art weisen in jedem Leiterstab 25 bis 35 Einzelleiter auf, und die Dicke eines Leiterbands beträgt etwa 1,6 mm. Ein erfindungsgemäßer Leiterstab 1 hat dagegen etwa zweihundert Einzelleiter, und jedes Leiterband weist eine Dicke von etwa 0,5 mm auf, so daß in einem Kabel eine sehr große Anzahl von Einzelleitern untergebracht werden kann.

Fig.3 zeigt schematisch eine Phase des ersten Verfahrensschritts zur Herstellung des beschriebenen Kabels. Während dieses Vorgangs wird das Leiterband 14 nach Fig.2 hergestellt, das Einzelleiter 12 aus

ϊ Aluminium aufweist Deren Anzahl ist in der Darstellung gegenüber der Wirklichkeit stark reduziert Jeder Leiter wird von einer Spule 18,19 bzw. 20, zugeführt und über ein klebendes Trägerband 13 geführt an dem die Einzelleiter 12 haften bleiben. Das Klebeband wird von

ίο einer Rolle abgewickelt; etwa 100 Einzelleiter pro Band kann man vorsehen. Dieses Leiterband hat eine Breite von etwa 50 mm und eine Dicke von 0,5 mm. Es wird sodann auf eine Spule 22 gewickelt.

F i g. 4 veranschaulicht eine andere Phase des ersten

ι τ Verfahrensschritts zur Herstellung des Kabels, und zwar die letzte Phase, in der der Leiterstab hergestellt wird.

Zwei Bänder 8 und 9 aus Polyäthylen werden von zwei Rollen 23 und 24 derart abgewickelt, daß sie sich über zwei Spannrollen 26 und 26' an beide Seiten einer Leiste 25 legen, deren freies Ende keilförmig ausläuft; die waagerechte Leiste 25 ist an einwa feststehenden Sockel 27 befestigt

Um die beiden Isolierbänder 8 und 9 und die Leiste 25 werden die Leiterbänder 14 bzw. 15 wendelförmig herumgewickelt. Die Zuführung der Leiterbänder erfolgt 'On Rollen 28 und 29. Der Leiterstab 1. bestehend aus den Isolierbändern 8 und 9 und den beiden Leiterbändern 14 bzw. 15, wird auf eine Rolle 30 gewickelt. Sobald die Leiste 25, die zur Führung der Bänder 8 und 9 dient, entfernt ist bleiben nur noch die Isolierbänder der in Längsrichtung durch die Rolle 30 ausgeübten Zugbeanspruchung ausgesetzt

Zahlreiche Leiterstäbe 1 werden übereinander gestapelt und dann auf dem Umfang angeordnet und stehen über eine Schmalseite mit dem perforierten Wellrohr 31 in Berührung und bilden so das Kabel nach Fig. 1.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche-,

1. Elektrisches Energiekabel, das sich zur Verringerung des Einflusses des Skineffekts aus einer Vielzahl von Einzelleitern zusammensetzt und ein zentrales Rohr für einen Kühlmittelsirom aufweist, wobei die Einzelleiter zu flachen Leiterstäben zusammengefaßt sind, die fächerartig das Rohr in einer insgesamt konzentrischen Anordnung umgeben, derart, daß jeweils nur eine schmale Stabseite am Rohr anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstäbe (1) einen Kern in Form eines flachen Isolierbandes (32) aufweisen, um den die Einzelleiter (12, 17) schräg und schraubenförmig herumgewickelt sind.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Isolierband (32) aus zwei elektrisch isolierenden Bändern (8, 9) besteht, die flach übereinanderliegen.

3. Kabel n.^ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzelleiter (12,17) zu Leiterbändern (14, 15) zusammengefaßt sind, die aus einem elektrisch isolierenden Trägerband (13,13') und den darauf in Längsrichtung aufgeklebten Einzelleitern (12,17) bestehen.

4. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Einzelleiter (12,17) auf ein Trägerband (13, 13') aufgeklebt werden, daß dann die so gebildeten Leiterbänder (14, 15) schräg mit konstantem Wicklungswinkel auf ein flaches Isolierband (32) aufgewickelt werden, so daß sich ein Leiterstab (1) ergibt, und daß schließlich ein 5<apel von Leiterstäben (1) um die Rohrachse herum und parallel zu dieser angeordnet sowie durch Haltewendeln (7) gesichert wird.