DE2920805A1

DE2920805A1 - Leiter fuer elektrisches kraftstromkabel und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2920805A1
Application number: DE19792920805
Authority: DE
Inventors: Tsuneaki Mohtai; Michio Takaoka; Kazuo Watanabe; Syotaroh Yoshida
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1980-05-14
Also published as: GB2034101B; FR2441249A1; BR7903255A; FR2441249B1; JPS6044764B2; JPS5564307A; US4325750A; GB2034101A; AU531414B2; DE2920805C2; US5094703A; US4571453A; AU4732879A

Description

Leiter für elektrisches Kraftstromkabel und Verfahren

zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen gesträngten Leiter bestehend aus einer Vielzahl gesträngter leitender Stränge und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Mit merklicher Steigerung des Stromverbrauchs ist der Umfang der Strom-Leistungsübertragung stetig gestiegen.

Bei diesem Anstieg der Strom- oder Leistungsübertragungskapazität sind Leiter großer Abmessungen für (Kraft)stromkabel eingeführt worden. Praktisch verwirklicht wurden in letzter

Ii

2 Zeit Leiter mit Querschnittsflächen von mehr als 2000 mm , insbesondere 5000 bis 6000 mm'

Diese Leiter großen Querschnitts haben jedoch merkliche Wechselstromdefektverluste aufgrund des Skineffekts, Proximityeffekts etc. Der Anstieg des Wechselstromwiderstands aufgrund Skineffekt oder Proximityeffekt macht nämlich den Anstieg der Übertragungskapazität zunichte. Um diese Wechselstromverluste zu vermindern wurden sog. Multisegmentleiter entwickelt. Einen Multisegmentleiter kann man erhalten, indem man ein Segment kleiner Abmessungen, geformt aus einem gesträngten Formleiter, herstellt, die Isolierung über das Segment aufbringt und mehrere solcher gesträngter Segmente kleiner Abmessungen zu einem Leiter großer Abmessungen zusammenfaßt. Auch wurde ein mit Isolierfilm überzogener gesträngter Leiter vorgeschlagen, bei dem jeder Strang mit einem Isolierfilm bedeckt ist.

Fig. 1 zeigt die Skineffektcharakteristiken dreier Leiter unterschiedlichen Typs über deren Querschnittsfläche. Hierin stellt die Kurve A den Fall eines mit Isolierfilm überzogenen gesträngten Leiters dar, während die Kurven B und C die Fälle eines mit Öl gefüllten Leiterkabels bzw.

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eines ölgefüllten Leiterkabels vom 'Rohrtyp zeigen. Nach Fig. 1 liegt der mit Isolierfilm überzogene g'estrangte Leiter unter anderem im Skineffektkoeffizient für jede Querschnittsfläche am niedrigsten und auch im zunehmenden Verlauf des Koeffizienten des Skineffekts relativ zur Zunahme in der Querschnittsfläche des Leiters. Je größer die Querschnittsfläche nämlich wird, desto günstiger wird der mit Isolierfilm überzogene gesträngte Leiter verglichen mit anderen Leitertypen.

Zur Isolierung eines Strangs wurde das Emailüberzugsverfahren im allgemeinen angewendet. Das Emailüberzugsverfahren hat jedoch wegen seiner hohen Kosten einen erheblichen Nachteil. Es gibt auch ein Verfahren, bei dem ein Oberflächenoxidfilm auf einem Strang ausgebildet wird, indem die Oberfläche jedes Strangs oxidiert wird. Bei diesem Verfahren wird jeder Strang einzeln in oxidierende Flüssigkeit getaucht und bildet beispielsweise einen Oxidfilm auf der Oberfläche des Strangs. Eine Vielzahl solcher jeweils mit einem Oxidfilm bedeckter Stränge werden gesträngt und bilden einen Leiter für das Kabel. In diesem Fall jedoch werden die mit den Oxidfilmen bereits überzogenen Stränge mit Hilfe äußerer Kräfte gesträngt, um eine relativ große Reibungskraft zwischen den Strängen während der Strangbildung hervorzurufen; hierdurch wird ein Ausblättern oder Aufblättern der Oxidfilme auf den Oberflächen der Stränge vermieden.

Auch gibt es ein Verfahren, das darin besteht, einen gesträngten Leiter in oxidierende Flüssigkeiten zu tauchen, um die Oberfläche jedes Strangs zu oxidieren. Bei diesem Verfahren jedoch besteht der Nachteil darin, daß die Stränge während einer Verfahrensstufe eng gesträngt iverden, während

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der Leiter in die Flüssigkeit getaucht wird, so daß die oxidierende Flüssigkeit nicht tief in den Freiraum oder Spalt zwischen den Strängen des getauchten Leiters eindringen kann, wodurch nur die freiliegenden Flächen der Stränge an den Oberflächenbereichen der Stränge oxidiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, preiswerte Leiter für Kabel, insbesondere einen Leiter großer Abmessungen für Kabel großer Kapazität vorzuschlagen, die verminderten Einflüssen der Skin- und/oder Proximityeffekte ausgesetzt sind. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend durch einen gesträngten Leiter, der aus einer Vielzahl gesträngter leitfähiger Stränge besteht, wobei wenigstens einer der leitfähigen Stränge mit einem aufblätterungsfreien Oxidfilm bedeckt ist. Ein Verfahren zum Herstellen eines gesträngten Leiters, wobei ein nicht isolierter durch eine Vielzahl gesträngter nicht isolierter leitfähiger Stränge gebildeter Leiter oxidiert wird, indem der Leiter durch oxidierende Flüssigkeit geführt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß dieser Leiter während der Oxidationsphase zum Durchtritt durch diese oxidierende Flüssigkeit veranlasst wird, während der Leiter abgekrümmt wird und sich so Spalten oder Freiräume zwischen den Strängen bilden, derart, daß Oxidfilme auf der Oberfläche dieser Stränge gebildet werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

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Fig. 1 das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen verschiedener Leiter unterschiedlicher Bauart sowie deren Skineffektkoeffizienten ;

Fig. 2 den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung beim Verfahren nach der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines gesträngten,dem in Fig. 2 angedeuteten Oxidationseffekts auszusetzenden Leiters;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Führungsrolle;

Fig. 5 einen Querschnitt des Leiters, der dem Oxidationsverfahren ausgesetzt wurde;

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer der Stränge des Leiters nach Durchlaufen des Oxidationsverfahrens ;

Fig. 7 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Leiters;

F'ig. 8 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des Lei te rs ;

Fig. 9 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Lei te rs ;

F'ig. 10 einen Querschnitt einer Aus führungs form eines Leitersegments zur Herstellung des Leiters nach Fig. 9; und

Fig. 11 den Querschnitt durch einen anderen Aufbau des in Fig. 10 gezeigten Leitersegments.

Fig. 2 erläutert das Verfahren zur Herstellung eines gesträngten Leiters, der aus isolierten leitfähigen aufblätterungsfreien Strängen nach der Erfindung besteht. Fig. 2 zeigt wie der aus einer Vielzahl gesträngter leitfähiger nackter Stränge (Litzen) bestehender Leiter durch eine

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oxidierende Flüssigkeit geführt xvird und hierbei die Oberflächen der den Leiter bildenden Stränge oxidiert werden.

Das Oberflächenoxidationsverfahren umfaßt zwar verschiedene Schritte eines üblichen Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise das Ablaufen des Leiters, das Aufnehmen des Leiters, das Waschen und das Trocknen. Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich jedoch besonders durch das Oxidationsverfahren aus. Die anderen Schritte sind in üblicher Weise durchzuführen. So zeigt Fig. 2 aus den Gründen einer einfachen Darstellung auch nur den Oxidationsprozeß.

Hierbei (Fig. 2) ist mit 1 eine Vorrichtung für die Oberflächenoxidation bezeichnet, in welchem ein Bad 2 mit oxidierender Flüssigkeit 3 sich befindet. Die das Bad 2 bildende Wandung ist teilweise fortgebrochen. Der Leiter 4 wird durch die oxidierende Flüssigkeit zum Zi^ecke der Oxidationsbehandlung geführt. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Leiters. Nach Fig. 3 besteht der Leiter 4 aus einer Vielzahl verstrangter Leiterstränge 5. Eine Führungsrolle 6.,, deren axialer Mittelteil, wie perspektivisch in Fig. 4 zu sehen, eingezogen ist, ist drehbar an einem nicht dargestellten Rahmen der Vorrichtung unter rechten Winkeln zur Laufrichtung des Leiters 4 angebracht. Weitere Führungsrollen 6_?, 6,, 6. und O_n. sind ebenfalls drehbar zwischen zwei sich gegenüberstehenden Wandungen des Bades 2 in vertikal gegeneinander verschobenen Lagen angebracht. Die Führungsrollen 6oj 6,, 6. und 6> veranlassen den Leiter 4 durch die oxidierende Flüssigkeit 3 im Bad 2 mäanderförmig auf und ab zu laufen. Die Führungsrollen 6_fi und 6₇ führen den Leiter 4 aus der Flüssigkeit 3 nach außen. Obwohl nicht

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dargestellt, sind eine Zuführungsanordnung (beispielsweise eine Zuführungsrolle) zum Zuführen des Leiters 4 und eine Aufnehmeranordnung (beispielsweise eine Aufnehmerrolle) links und rechts der Vorrichtung der Fig. 2 vorgesehen. Die Führungsrollen 6~ bis 6_y können von dem gleichen Aufbau wie die Führungsrolle 6.. nach Fig. 4 sein.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 2 arbeitet man wie folgt: Der Leiter 4 wird von der nicht dargestellten Zuführungsanordnung durch Antrieb der Zuf ührungseinrichtung und der nicht dargestellten Aufnehmereinrichtung zugeführt und gegen die oxidierende Flüssigkeit 3 durch die Wirkung der Führungsrolle 6.. gerichtet und durchläuft dann die Flüssigkeit 3. Bei Durchlauf durch die Flüssigkeit 3 wird der Leiter zwischen den Rollen 6_ bis 6,. durchgeführt, wobei letztere unter variierenden Höhen so angeordnet sind, daß der Leiter sich wellenförmig oder gewunden durch die Flüssigkeit 3 bewegt. Wenn, der Leiter 4 durch die Führungsrollen 6_ bis 6_ς gekrümmt wird, werden schmale Spalte zwischen den den Leiter 4 bildenden Leitersträngen 4 hervorgerufen. Die oxidierende Flüssigkeit 3 tritt durch diese Spalte und erreicht so die inneren Stränge sowie die Stränge benachbart des Außenumfangs des Leiters. Somit werden Oxidfilme, beispielsweise CuO-Filme für Leiterstränge aus Kupfer auf den Oberflächen nicht nur der ümfangsstränge sondern auch der Innenstränge gebildet. Der oxidierte Leiter 4 wird nach außen mittels der Führungsrollen 6, und 6₇ geführt, in Wasser gewaschen und nach üblichen Verfahren getrocknet, dann auf nicht dargestellte Aufnehmereinrichtungen gewickelt. Alternativ kann der Leiter nach dem Trocknen so wie er ist geschnitten werden, wodurch der Leiter in geeignete Längen, ohne gewickelt zu werden, geschnitten wird. Waschen und Trocknen brauchen nur vorzugsweise ausgeführt zu werden.

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Die zwischen den Leitersträngen 5 aufgrund des Krümmens der Führungsrollen 6~ bis 6r beim Oxidierverfahren gebildeten Freiräume oder Spalte müssen nach Abschluß dieses Verfahrens wieder beseitigt werden. Da die Führungsrollen 6~ bis 6_ς bei relativ geringer Höhendifferenz im Bad 2 angeordnet sind, sind die Spalte zwischen den Strängen 5, die durch die Führungsrollen 6~ bis 6r hervorgerufen wurden, schmal. Diese Spalte zwischen den Strängen 5 müssen somit beseitigt werden, indem eine durch das übliche Wickelverfahren erzeugte Zugkraft aufgebracht wird- So bleiben die Spalte zwischen den Leitersträngen relativ gering, so daß die Beseitigung dieser Stränge keine besonders große äußere Kraft erfordert; die auf den Leiter 4 beim Wickelverfahren aufgebrachte Wickelkraft reicht aus. Die Beanspruchung an den Leitersträngen 5 ist daher gering, so daß der Oxidfilm auf der Oberfläche jedes Leiterstrangs 5 niemals aufblättert.

Der Leiter 4 hat sein eigenes Ausrichtmoment,' wodurch die Spalte zwischen den Leitersträngen 5 auch beseitigt werden können, ohne daß die Wickelkraft beim Wickelverfahen ausgenutzt wird. Wird Kupferdraht für den Leiterstrang 5 verwendet, dann sollte es sich bei der verwendeten oxidierenden Flüssigkeit vorzugsweise um ein Lösungsgemisch aus S°i Natriumchlorit und 51 Natriumhydroxyd handeln.

Es wird so möglich, einen relativ preiswerten Leiter 4 aus Leitersträngen 5 ohne einen Teil mit aufblätterndem Odixfilm zu benützen bzw. zu schaffen, indem man in genau bestimmter Weise den Leiter 4 unter Wellenbildung bei Durchlaufen der oxidierenden Flüssigkeit 3 mittels einer Vielzahl von Führungsrollen 6₂ bis 6r krümmt, wobei es darauf ankommt, daß diese in unterschiedlichen Höhen und mit Höhenunterschied angeordnet sind: hierdurch kann die oxidierende Flüssigkeit 3 in die Spalte bzw. Freiräume zwischen den Leitersträngen 5, die beim Wölben oder

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INSPECTED

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Krümmen gebildet wurden, eindringen und hierdurch in wirksamer Weise Oxidfilme auf der Oberfläche der Leiterstränge 5 bilden. Die Spalte oder Freiräume werden durch die auf dem Leiter 4 beim Wickelverfahren aufgebrachte Wickelkraft oder durch das Ausrichtmoment des Leiters selbst, wobei das Wickelverfahren dann fortfallen kann, wieder beseitigt.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Leiter nach Anwendung des Verfahrens der Erfindung. Nach Fig. 5 werden gleichförmige und aufblätterungsfreie Oxidfilme 7 (durch in dicken Linien in Fig. 5 eingetragene Kreise angedeutet) auf den Oberflächen sämtlicher Leiterstränge 5 einschließlich der Leiterstränge auf dem innen gelegenen Teil des Leiters sowie der Stränge auf dem Außenumfang des Leiters ausgebildet. Der Leiter mit solchem Aufbau steht kaum unter dem Einfluß von Skineffekt, Proximityeffekt etc. Auch ist der nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung erhaltene Leiter relativ preiswert wegen der auf den einzelnen Leitersträngen durch Oxidieren von deren Oberflächen ausgebildeten Filme 7. Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines der Leiterstränge 5 des in Fig. 5 gezeigten Leiters, um so den Oberflächenoxidfilm 7 auf dem Leiterstrang 5 klar darzustellen. Es ist nicht notwendig, die Oberflächenoxidation an sämtlichen Leitersträngen 5, die den gesträngten Leiter 4 bilden, vorzunehmen; ein doppellagiger Leiter, lediglich mit inneren oxidierten Leitersträngen 8-, und äußeren nicht oxidierten Leitersträngen 8 , kann nach Fig. 7 erhalten werden, indem man zunächst beispielsweise Öl auf die Umfangsstränge der den Leiter bildenden Leiterstränge 4 vor der Durchführung des Oxidationsverfahrens aufbringt, wodurch verhindert wird,

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daß die Oberfläche dieser eingeölten Leiterstränge beim Oxidationsverfahren oxidiert- Im Gegensatz hierzu kann der nach Fig. 8 hergestellte Leiter auf seinen innen gelegenen Leitersträngen 5J₁ nicht oxidiert, auf den außen gelegenen Leitersträngen 9, oxidiert sein.

Die Erfindung läßt sich auch auf einen Segmentleiter anwenden, der aus einer Vielzahl sektorfömiger Segmente entsprechend Fig. 9 besteht. Dieser Leiter kann hergestellt werden, indem Segmente 10 vorbereitet werden, die aus einer Vielzahl gesträngter leitfähiger Leiterstränge 5 nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung bestehen, wobei dann eine Vielzahl solcher Segmente miteinander ?erstrangt werden. Obwohl der in Fig. 9 gezeigte Segmentleiter aus sechs Segmenten 10 besteht, kann auch ein Leiter hergestellt werden, der aus vier, fünf, acht, neun, zehn oder zwölf Segmenten besteht. Die Anzahl der Segmente braucht nicht auf die genannte Anzahl begrenzt sein. Es ist darüber hinaus nicht notwendig, sämtliche, jedes Segment bildende Stränge zu oxidieren. Stränge an nur einem bestimmten Teil sollen zur Isolierung oxidiert werden, wie dies der Fall bei den Figuren 7 oder 8 ist. Ein in Fig. 10 gezeigtes Segment ist an seinen innen gelegenen Leitersträngen 11-isoliert, an den Umfangsleitersträngen 11„ nicht isoliert. Demgegenüber zeigt Fig. 11 ein Leitersegment, bei dem die inneren Leiterstränge 12.. nicht isoliert, die Umfangsleiterstränge 12„ isoliert sind.

Die Stränge können in wechselnden Richtungen oder in ein und der gleichen Richtung gesträngt sein.

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Leerseite

Claims

Leiter für elektrisches Kraftstromkabel und Verfahren zu seiner Herstellung PATENTANSPRÜCHE

1.1 Gesträngter Leiter bestehend aus einer Vielzahl ^gesträngter leitender Stränge, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einer der leitenden Stränge (5) mit einem abblätterungsfreien Oxidfilm (7) bedeckt ist.

2. Gesträngter Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder leitende Strang (5) aus Kupferdraht besteht.

3. Gesträngter Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Oxidfilm (7) auf dem Kupferdraht aus Kuprioxid besteht, das durch Oxidieren der Kupferdrahtoberfläche gebildet ist.

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4. Verfahren zum Herstellen eines gesträngten Leiters, wobei ein nicht isolierter aus einer Vielzahl gesträngter nicht isolierter Stränge gebildeter Leiter oxidiert wird, indem der Leiter durch eine oxidierende Flüssigkeit geführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Leiter während der Oxidierungsphase durch diese oxidierende Flüssigkeit geführt wird, wobei der Leiter sich krümmt und Abstände zwischen den einzelnen Strängen bildet, derart, daß Oxidfilme auf der Oberfläche dieser Stränge gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Freiräume zwischen den Strängen beseitigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Frei-räume durch ein Ausrichtmoment, das auf die Elastizität des gekrümmten Leiters selbst zurückzuführen ist, beseitigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidierte Leiter aufgewickelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Freiräume zwischen den Strängen durch Aufbringen einer Zugkraft auf den Leiter, während dieser gewickelt wird, beseitigt werden.

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