DE3341086C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ein- oder mehradriges kunststoff- oder gummiisoliertes Energiekabel, dessen stromführende Adern der Versorgung insbesondere ortsveränderlicher Verbraucher dienen.

Die elektrische Beheizung von strömende Medien führenden Rohren, Rohrleitungsbündeln oder sog. Rohrbündelkabeln ist seit langem bekannt (DE-OS 29 18 144). Hierbei geht es z. B. darum, durch eine Temperierung des Mediums dieses transportfähig zu machen oder zu halten. Zur Beheizung werden auch schon sog. Heizbänder verwendet, die in selbstregulierender Form im Innern einer Kunststoffumhüllung in der Regel längsverlaufend angeordnet sind.

Im Gegensatz hierzu ging es bisher bei elektrischen Kabeln zur Energieübertragung beispielsweise darum, zur Temperaturüberwachung in den Kabelaufbau Prüf- oder Überwachungsleitungen einzubauen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur entsprechende Signale an Meß- oder Kontrollgeräte geben. Diese Leitungen können z. B. im Kabelkern angeordnet sein (DE-PS 6 35 488).

Lediglich bei mit Masse gefüllten Kabeln hat man auch schon vorgesehen (DE-PS 6 61 692), mittels einer elektrischen Heizung die Füllmasse auf annähernd gleichbleibender Temperatur zu halten, um Ungleichmäßigkeiten im thermischen Verhalten des Kabels zu beseitigen, d. h. das Kabel thermisch zu stabilisieren. Mit Einführung der Gummi- und Kunststoffkabel erübrigte sich eine solche Maßnahme, im Gegenteil, wie das oben angeführte Beispiel zeigt, war man bestrebt, durch entsprechende Überwachungseinrichtungen jede Temperaturerhöhung, die den Betrieb gefährden könnte, zu vermeiden.

Es sind auch flexible ablängbare Heizelemente (DE-OS 32 43 061) bekannt, die aus isolierten Speiseadern und einem oder mehreren Heizleitern bestehen, welche die Leiter der Speiseadern an über die Länge in Abständen wiederkehrenden Stellen berühren und so Heizzonen definierter Leistung schaffen.

Nun gibt es aber Fälle, bei denen aufgrund der äußeren Bedingungen mit Gummi oder Kunststoff, also extrudierbaren Werkstoffen, isolierte Kabel zeitweise oder ständig Temperaturen von -25°C und mehr ausgesetzt sind. Beispielsweise in Kältezonen der Erde, wo elektrische Kabel zur Versorgung und Steuerung ortsveränderlicher Geräte und Einrichtungen benötigt werden, etwa als sog. Schrämtrossen (Siemens Prospekt J 13/1010) für die Energieversorgung von Baggern oder Raumgeräten im Tagebau, unterliegen solche Kabel extremen Belastungen, da die Unterkühlung im bewegten bzw. bewegbaren Zustand erfolgt. Sind die zu versorgenden Geräte oder Einrichtungen abgeschaltet, kann nicht einmal die Verlustwärme des Kabels für eine gewisse Temperierung sorgen. Diese Kabel können dann nicht bewegt werden, ohne daß die Isolier- und Mantelwerkstoffe brechen und somit das Kabel zerstört wird.

Der Erfindung liegt deshalb, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, dadür zu sorgen, daß eine Temperierung gummi- oder kunststoffisolierter Kabel jederzeit möglich und damit die Funktionstüchtigkeit und Betriebssicherheit des Kabel auch bei extremen Temperatureinflüssen gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß im Schichtenaufbau dieses Kabels und örtlich sowie funktionsmäßig von den Adern getrennt gesonderte elektrische Heizleiter angeordnet sind.

Diese Möglichkeit erweitert den Einsatzbereich von mit extrudierbaren Werkstoffen auf das Basis von gummi- oder kunststoffummantelten und/oder solche Werkstoffe im Schichtenaufbau enthaltenden elektrischen Kabeln wesentlich. Je nach äußeren Umgebungstemperaturen und Betriebszustand des Kabels selbst, Entstehung von Verlustwärme oder nicht, kann die zusätzliche Heizung und damit eine Temperierung des Kabels und vor allem der äußeren Kunststoffschichten wirksam werden.

Die Anordnung der Heizleiter im Schichtenaufbau des Kabels kann unterschiedlich sein. In der Regel wird man so vorgehen, daß zum Schutz der Kunststoffmaterialien gegen Kälteeinflüsse der äußere Bereich des Kabels beheizt wird. Als vorteilhaft hat es sich deshalb in Durchführung der Erfindung erwiesen, wenn die Heizleiter in der Nähe vom Außenmantel angeordnet oder in diesem eingebettet sind. Damit ist eine sichere Abschirmung des Kabels gegen Kälteeinflüsse, die sich schädlich auf die verschiedenen gängigen Kunststoffmaterialien auswirken können, gewährleistet.

Zur Beheizung des Kabelaußenmantels können aber auch elektrische Heizleiter verwendet werden, die den Innenmantel umgeben. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, z. B. glasseideumsponnene flexible Heizdrähte über den Innenmantel mit einer Schlaglänge aufzubringen, die kleiner als zwei mal dem Kabeldurchmesser ist. Die auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Heizdrähte können beispielsweise in drei Gruppen aufgeteilt und dreiphasig betrieben werden.

Eine Glasseidenumspinnung der Heizdrähte ist nicht Voraussetzung für die Lösung der mit der Erfindung gestellten Aufgabe. Auch andere bekannte hochtemperaturbeständige Materialien sind für die Zwecke der Erfindung geeignet. Der Vorteil einer Glasseidenumspinnung liegt jedoch darin, daß die Heizdrähte innerhalb einer solchen Isolierung gleiten können und nicht, wie z. B. bei einer entsprechend ausgelegten Gummiisolierung, von dieser festgehalten werden. Der Anriß von Heizdrähten während der Biegebeanspruchungen ist damit vermieden.

Die Dehn- und Stauchfestigkeit zu verbessern ist Zweck der kurzen Schlaglänge, mit der die Heizdrähte auf den Innenmantel aufgeseilt sind.

Eine andere Mäglichkeit der Beheizung des Kabels ist in Weiterführung der Erfindung die, auf die an sich bekannten sogenannten ablängbaren band- oder kabelförmigen Heizelemente zurückzugreifen und diese wendelförmig oder längsverlaufend in der Kabelseele unterzubringen. Diese Bänder können über eine halbleitende Schicht wirken und daher in der Temperaturführung selbstregulierend sein.

Als besonders vorteilhaft hat es sich in Weiterführung der Er­ findung erwiesen, wenn zur Beheizung des Außenmantels eine Heizmatte verwendet wird, die zweckmäßig im Außenmantel selbst eingebettet sein kann. Geeignet hierfür ist ein hochohmiges Metallgeflecht, durch das der Heizstrom fließt, während die Strom-Rückleitung über eine gesonderte, z. B. innen liegende Ader erfolgt.

Anstelle einer solchen Heizmatte kann auch eine dreiphasige Heizwicklung aus einem Mischgeflecht für die Zwecke der Erfin­ dung Anwendung finden. Gebildet wird das Mischgeflecht aus einer Lage temperaturbeständiger isolierender Fäden, in einer Richtung gefacht, und von hochohmigen Metalldrähten, gefacht in die andere Richtung. Die Metalldrähte sind hierbei gegen­ einander durch Fäden isoliert. Als äußerer Abschluß dient eine letzte Lage aus temperaturbeständigen Fäden. Für einen Dreh­ strombetrieb ist eine entsprechende Anzahl von Fachungen, die durch drei teilbar sein muß, erforderlich. Die Energieein­ speisung erfolgt von einem Ende her, am anderen Ende des Ge­ flechts sind die Metalldrähte kurzgeschlossen. Die Speise­ spannung sollte einen Wert von z. B. 60-65 Volt nicht über­ schreiten, da sonst zusätzliche Isolationsmittel, auch im Mantel, eingesetzt werden müßten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß statt der hochohmigen Metalldrähte nieder­ ohmige Drähte verwendet werden. Diese Drähte sind gegeneinander durch Zwischenlagen isoliert. Werden unterhalb und oberhalb eines solchen Heizdrahtgeflechts schwach-leitfähige Bänder oder Folien angeordnet und sind dabei die Metalldrähte des Geflechts an eine Spannungsquelle angeschlossen, dann fließt, ähnlich wie bei den eingangs erwähnten selbstregulierenden Bändern, ein Heizstrom über die leitfähigen Bänder, der den Kabelmantel auf­ heizt. Die Einspeisung erfolgt wiederum einseitig, am anderen Ende des Geflechts sind die Metalldrähte isoliert. Wie bei den bekannten ablängbaren Heizbändern auch, bedeutet diese Konstruk­ tion, daß die Speisespannungen längenunabhängig sind, die Heiz­ leistung bestimmt sich durch den Widerstand der Bänder.

Die bisherigen Ausführungsformen der Erfindung betragen die Heizung bzw. Temperierung eines Gummi- oder Kunststoffkabels im Bereich der äußeren Umhüllung. Je nach Kabelaufbau und den vorgegebenen Anforderungen kann es mitunter zweckmäßig sein, von dieser Art der Beheizung abzugehen. Eine weitere Ausfüh­ rungsform wäre deshalb die, daß die Heizleiter mit den die Kabelseele bildenden Verseilelemente verseilt sind. Diese Art der Temperierung kann auch eine zusätzliche Maßnahme darstellen für den Fall, daß die Außenmantelheizung in der Leistung allein nicht ausreicht.

Die Heizelemente können in Durchführung der Erfindung auch im Kabelkern angeordnet sein oder diesen selbst bilden. Die Aus­ bildung der Heizleiter kann in bekannter Art erfolgen.

Unabhängig von der Art der verwendeten Heizelemente und dem Ort ihrer Unterbringung im Kabelaufbau ist es oft von Vorteil, zu­ sätzliche, temperaturausgleichende Schichten mit im Kabel vor­ zusehen. Solche Schichten, z. B. in Form von Bändern oder Folien aus die Wärme gut leitenden Kunststoffen oder Metallen, wie Kupfer oder Aluminium, führen zu einer Vergleichmäßigung der Wärmeverteilung und günstigeren Wärmenutzung.

Als Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Figur ein flexibles gummiisoliertes Energiekabel in Form einer soge­ nannten Leitungstrosse.

Über dem Kern 1 sind die drei Hauptadern 2 verteilt. Diese Adern stehen aus dem aus Einzeldrähten aufgebauten Leiter 3, der Isolierung 4 sowie einer äußeren Leitschicht 5. Die innere Leitschicht 6 sorgt für eine Vergleichmäßigung des elek­ trischen Feldes in Leiternähe.

Die Schutzleiter 7, in den Zwickeln der Hauptadern 2 angeordnet, bestehen aus dem Leiter 8 mit einer darüber aufgebrachten Leit­ schicht 9. Jeweils ein Paar Heizdrähte 10, 11 und 12 befinden sich in dem von den Hauptadern 2 und den Schutzleitern 7 ge­ bildeten Zwickel, sie bestehen jeweils aus einem hochohmigen Leiter 13 und einer äußeren Hülle 14 aus einer Glasseidebe­ bänderung oder einem -geflecht.

Ergänzt wird die durch die Heizdrähte 10, 11, 12 gelieferte Heizenergie durch eine oberhalb des Innenmantels 15 angeordnete Lage aus einzelnen Heizdrähten oder -elementen 16, vom Innen­ mantel 15 ist diese Lage z. B. durch eine Bandierung 17 getrennt, eine zweite Bandierung 18 umschließt die Kabelseele. Die einzelnen Heizdrähte 16 können auch in Gruppen, z. B. drei, zusammengefaßt sein, um so einen Dreiphasen-Betrieb zu ermög­ lichen. Überdeckt werden diese Heizelemente von dem Außen­ mantel 19, der den Kälteeinflüssen unmittelbar ausgesetzt ist.

Diese Anordnung der Heizdrähte oder -elemente läßt eine aus­ reichende Temperierung zu. Ein Biegen und Bewegen des Kabels auch bei niedrigen Temperaturen ohne Gefahren für die Gummi- und Kunststoffschichten ist damit gewährleistet. Negative Ein­ flüsse auf die Flexibilität und Trommelbarkeit des Kabels sind nicht zu befürchten.

Claims (9)

1. Ein- oder mehradriges kunststoff- oder gummiisoliertes Energiekabel, dessen stromführende Adern der Versorgung insbesondere ortsveränderlicher Verbraucher dienen, dadurch gekennzeichnet, daß im Schichtenaufbau dieses Kabels und örtlich sowie funktionsmäßig von den Adern (2) getrennt gesonderte elektrische Heizleiter (10; 11; 12; 16) angeordnet sind.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizleiter (10; 11; 12; 16) mit einer Schlaglänge kleiner zwei mal dem Kabeldurchmesser auf dem Innenmantel (19) aufgeseilt sind.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizleiter (10; 11; 12; 16) die Form von Heizbändern besitzen.

4. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (19) des Kabels durch eine Heizmatte beheizbar ist.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmatte aus einem hochohmigen Metallgeflecht in ein- oder mehrfach Fachung besteht.

6. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmatte aus einem Metallgeflecht aus niederohmigen Leitern besteht, die ein- oder beidseitig durch schwach leitfähige Bänder abgedeckt sind.

7. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (10; 11; 12; 16) mit den die Kabelseele bildenden Verseilelementen (2; 7) verseilt sind.

8. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (10; 11; 12; 16) innerhalb des Kabelkerns angeordnet sind oder diesen selbst bilden.

9. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Kabel zusätzliche temperaturausgleichende Schichten aus die Wärme gut leitenden Kunststoffen oder Metallen vorgesehen sind.