-
Koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von
-
Hochspannungsimpulsen Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein koaxiales
Hochrrequenzkabel für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen, bestehend aus einem
zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden inneren Leiterglättung,
aus einer die Leiterglättung umgebenden, massiven Kunststoffisolierung, aus einer
die Kunststoffisolierung umgebenden äußeren leiterglättenden Schicht, und aus einem
flexiblen, zylindrischen Außenleiter.
-
Koaxiale Hochfrequenzkabel für den genannten Zweck sind im Grunde
nach hochfrequenztechnischen Gesichtspunkten aufgebaute Hochspannungskabel, die
der Übertragung sehr kurzer Hochspannungsimpulse einheitlicher Polarität (Gleichspannungsimpulse)
dienen. Flankensteilheit und Impulslänge ergeben Spektralanteile, die bis 50 oder
100 MHz reichen. Je nach Aufbau des Kabels erfahren die hochfrequenten Spektralanteile
des Impulses eine so hohe Dämpfung, daß entweder nur kurze Ubertragungsstrecken
realisiert werden können oder aber eine hohe Impulsverformung in Kauf genommen werden
muß.
-
Hohe Betriebsspannungen von beispielsweise 100 kV verursachen an den
Grenzflächen der Isolierung so hohe Feldstärken, daß in der Regel mit Leiterglättüng
aus halbleitendem thermoplastischem Material sowie mit Graphit und halbleitendem
Papier gearbeitet werden muß.
-
Zwar kann durch verfahrenstechnische Vorkehrungen im Falle zylindrischer
Innenleiter aus Rohren oder Massivdrähten erreicht werden, daß die Isolierung hier
ohne Leiterglättung aufgebracht werden könnte, ohne daß nenneswerte Teilentladung
im Betrieb auftreten. Soll aber
aus Gründen der Flexibilität des
fertigen Kabels ein Innenleiter aus einem metallischen Seil verwendet werden, muß
fUr den genannten Zweck auf den Innenleiter eine bekannte Leiterglättung aufgebracht
werden. Ein auf die Isolierung aufgebrachter Außenleiter, insbesondere wenn er flexibel
sein soll, fUhrt aber zwangsläufig zu Spalten und Lücken zwischen dem Leitermaterial
und der Isolierung, die zu Teilentladungen fUhren. Will. man diese Teilentladungen
vermeiden, die Spannungsbelastbarkeit der Isolierung also voll nutzen, so muß zwischen
der Isolierung und dem Außenleiter eine halbleitende Schicht aus einem geeigneten
thermoplastischen Kunststoff oder aus einer dünnen Schicht Graphit und darüber gewickeltem
halbleitenden Papier angeordnet sein.
-
Eine derartige bekannte Leiterglättung liefert aber bei höheren Frequenzen
hohe Zusatzdämpfungen, die bereits bei etwa 30 Mflz 50 % der Gesamtdämpfung ausmachen
können. Auch eine Vergrößerung der Leiterabmessungen bringt keine wesentliche Verminderung
der Gesamtdämpfung.
-
Bekannt ist ein Hochfrequenzkoaxialkabel für Antennenleitungen mit
einem metallischen Innenleiter, einem den Innenleiter konzentrisch umgebenden Volldielektrikum
aus Kunststoff, einem das Dielektrikum umschließenden Außenleiter aus einem Metalldrahtgeflecht
und einem dasselbe umgebenden, mindestens einseitig metallisierten Kunststofrfolienband
sowie einem den Außenleiter als äußere Schutzhülle umgebenden Kunststoffmantel,
bei dem das Kunststoffolienband wendelförmig unter Überlappung seiner Bandränder
auf das Metalldrahtgeflecht aufgebracht ist und das Drahtgeflecht das Dielektrikum
nur teilweise Uberdeckt und bei dem das Kunststoffolienband an den von dem Drahtgeflecht
nicht überdeckten Stellen des Dielektrikums muldenförmig in die Zwischenräume zwischen
den Drähten des Drahtgeflechtes eingedrückt ist (DE-AS 27 11 380).
-
Dieser bekannte Aufbau eines Außenleiters für ein koaxiales Hochfrequenzkabel
wurde im Hinblick auf eine gute Schirmwirkung des Kabels auch nach mehrfacher Biegebeanspruchung
entwickelt. Hochspannurigsmäßige Überlegungen brauchten bei ihm aber nicht berücksichtigt
zu werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales Hochfrequenzkabel
für die Übertragung von Hochs pannungs impulsen zu schaffen, das bei einem zu fordernden
Größtmaß an Flexibilität und Teilentladungafreiheit die durch die äußere Leiterglättung
verursachte Zusatzdämpfung vermeidet, ohne die Verarbeitung des Kabels und die Montage
von Steckern zu erschweren.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Außenleiteraufbau mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7
angegeben.
-
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin,
daß Hohlräume zwischen Leiterglättung und Metallaußenleiter vermieden werden, die
zu Mantelströmen in der Leiterglättung Anlaß geben würden und die vorstehend erwähnten
hohen Verluste verursachen würden. Uberraschenderweise wurde gefunden, daß ein Kabel
mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Außenleiters bei 30 MHz keine meßbare Zusatzdämpfung
durch die Leiterglättung mehr aufweist. Da bei dieser Frequenz der Hochfrequenzstrom
infolge des skin-Effektes nur noch in den größenordnungsmäßig 15/um messenden Metallschichten
der Verbundfolie fließt, die Zusatzdämpfung eines Drahtgeflechtes gegenüber einem
Metallrohr also gar nicht mehr wirksam werden kann, tritt bei diesem Aufbau sogar
eine Reduzierung der Wellendämpfung im Vergleich zu der Ausführung ohne Leiterglättung
auf. Die Wellendämpfung konnte von bisher 2,4 dB/100 m bei einem Vergleichbaren
herkömmlichen Kabel auf 0,9 dB/100m bei einer Meßfrequenz von 30 WIHz reduziert
werden. Bei Verwendung einer Graphitschicht als äußere Leiterglättung kann auf das
sonst nötige schützende Rußpapier verzichtet werden, da die Metall-Kunststoff-Verbundfolie
glatt auf der Graphitschicht aufliegt, diese also keines äußeren Schutzes mehr bedarf.
-
ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn die äußere leiterglättende Schicht
aus einem extrudierten halbleitenden thermoplastischen Kunststoff besteht, die erfindungsgemäß
weder mit der Isolierung noch mit der darüber befindlichen Metallschicht durch Verkleben
oder Verschweißen eine mechanisch feste Verbindung aufweist.
-
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
-
In der einzigen Figur ist der Aufbau eines koaxialen Hochfrequenzkabels
für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen schematisch dargestellt. Der Innenleiter
ist mit 1 bezeichnet und im Beispiel als Massivleiter gezeichnet. Er kann aber auch
aus einem Metallrohr oder einem Metallseil bestehen. Im letzteren Fall ist die ihn
umgebende Leiterglättung 2 unumgänglich. Die die innere Leiterglättung 2 umgebende
massive Isolierung 3 besteht vorteilhafterweise aus Polyäthylen oder einem ähnlichen
thermoplastischen Kunststoff mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor für die
auftretenden Spektraifrequenzen bis etwa 100 MHz von z.B. 2 x 10 . Die Massivisolierung
3 wird von einer äußeren leiterglättenden Schicht 4 umgeben, die vorteilhafterweise
aus Graphitpulver besteht. Sie kann aber auch aus einem extrudierten, halbleitenden
thermoplastischen Kunststoff bestehen, der dann keine mechanisch feste Verbindung
mit der Isolierung 3 und der inneren Schicht 5 des Außenleiters haben darf.
-
Über der äußeren leiterglättenden Schicht 4 liegt die innere Schicht
5 des Außenleiters, die aus einem oder mehreren, achsparallel verlaufenden, beidseitig
mit metallbeschichteten Kunststoffbändern mit sich achsparallel überlappenden Bandkanten
6 besteht. Diese innere Schicht des Außenleiters kann grundsätzlich aus einem einzigen
Band 5 bestehen. Die Fertigung wird jedoch wesentlich vereinfacht, wenn mehrere
parallellaurende Bänder 5 mit sich überlappenden Bandkanten 6 verwendet werden.
Über der inneren Schicht 5 des Innenleiters liegt eine zweite Schicht aus wendelförmig
unter Zugspannung gewickelten, ebenfalls beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbändern
7, deren Kanten 8 sich um etwa 50 ,% der Breite B der Einzelbänder überlappen. Auch
die mittlere Schicht des Außenleiters kann grundsätzlich aus einem Band 7 hergestellt
werden, die Fertigung eines einwandfreien Kabels wird aber durch die Verwendung
von mehreren parallellaufenden Bändern 7 erleichtert. Über der mittleren Schicht
7 des Außenleiters ist die äußere Leiterhülle 9 gezeichnet, deren Aufbau den Anforderungen
an das Kabel angepaßt ist. Die Leiterhülle 9 kann als Bandwicklung, als Reuse, als
Geflecht oder auch als Rohr ausgebildet sein. Es können auch mehrere Außenleiterhüllen
Ubereinander angebracht werden. Über der Leiterhülle 9 ist noch ein Kabelmantel
10 gezeichnet,
der dem Schutz des Kabels beim Transport und bei
der Verlegung gegen mechanische Beschädigung und das Eindringen von Feuchtigkeit
dient.
-
Als Werkstoff für die beschichteten Kunststoffbänder 5 und 7 wird
vorteilhafterweise Polyäthylenterephthalat verwendet, da dieser Werkstoff eine gute
Dauerelastizität besitzt und sth mit ihm leicht beidseitig mit Metall beschichtete
Kunststoffbänder herstellen lassen, die sich um wenigstens 15 , dehnen lassen, ohne
daß der Metallbelag Poren oder gar Risse zeigt. Ferner hat dieser Werkstoff den
nötigen höheren Schmelzpunkt als das für die Isolierung 3 und für den Kabelmantel
10 verwendete Polyäthylen, Die auf die Kunststoffbänder 5 und 7 aufgebrachten Metallschichten
können aus Kupfer oder Aluminium bestehen, dieses kann blank sein oder eine Oberflächenvergütung
wie Versilberung oder Verzinnung besitzen. Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch
die Außenleiterhülle 9 aus derartigen metallisierten Folien bestehen.
-
Leerseite