DE3446766A1

DE3446766A1 - Line wire for high-voltage overhead lines

Info

Publication number: DE3446766A1
Application number: DE19843446766
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Ing. 6806 Viernheim Herzig
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-07-03

Abstract

A line wire for high-voltage overhead lines for simultaneous power and information transmission, in particular a phase-wire optical waveguide cable or an earth wire optical waveguide cable, is to be designed in such a way that its diameter is approximately equal to that of a conventional line wire, without substantially changing the mechanical and electrical properties. In the line wire, optical fibres (23) are arranged in the core and covered by a highly tension-resistant, highly compression-resistant, vibration-resistant, moisture-impermeable material (25) suitable for overhead lines having a tension resistance of at least 700 N/mm<2>, and the line wires (21, 22) are twisted around this covering. Glass fibre reinforced or carbon fibre reinforced plastic is suitable in particular as covering material (25). The outside diameter of the covering material is about 5 mm. <IMAGE>

Description

Leitungsseil für HochspannungsfreileitungenLine rope for high voltage overhead lines

Die Erfindung betrifft ein Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen zur gleichzeitigen Energie- und Nachrichtenübertragung, insbesondere Phasenseil-Lichtwellenleiterkabel oder Erdseil-Lichtwellenleiterkabel, bei dem die Lichtleitfasern im Kern des Leitungsseils angeordnet sind.The invention relates to a cable for high-voltage overhead lines for the simultaneous transmission of energy and messages, in particular phase rope fiber optic cable or earth wire fiber optic cable in which the optical fibers are in the core of the cable are arranged.

Derartige Leitungsseile sind in der Veröffentlichung von R. Ruchet et al.: "Transmission of information by means of optical fibres incorporated in an overhead earth conductor" (CIGRE 1982, Rapport 35-08) beschrieben. Dieses Leitungsseil weist in seinem Zentrum einen mit Plastik umhüllten Stahldraht auf, der durch mehrere ummantelte optische Fasern, die den Informationsübertragung dienen, umgeben ist. Stahldraht und.optische Fasern sind durch einen Mantel aus Polyäthylen umgeben, der seinerseits durch ein Aluminiumband umwickelt ist. Auf das so gebildete optische Kabel ist der erforderliche Trag- und Leiterquerschnitt aus Aldreydrähten aufgebracht.Such wire ropes are described in the publication by R. Ruchet et al .: "Transmission of information by means of optical fibers incorporated in an overhead earth conductor "(CIGRE 1982, report 35-08). This cable has a plastic-coated steel wire in its center that runs through several sheathed optical fibers, which are used for the transmission of information, is surrounded. Steel wire and optical fibers are surrounded by a sheath made of polyethylene, which in turn is wrapped in an aluminum tape. The optical so formed Cable, the required supporting and conductor cross-section is made of Aldrei wires.

Ein derartig aufgebautes Leitungsseil hat den Nachteil, daß sein Außendurchmesser gegenüber einem konventionellen Leitungseil, das keinen integrierten Lichtwellenleiter, jedoch in etwa die gleichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist, erheblich vergrößert ist. Diese Durchmesservergrößerung ist vorallem auf den Polyäthylenmantel zurückzuführen, der relativ dick ausgebildet werden muß, um die erforderliche Feuchtigkeitsdichtigkeit und mechanische Festigkeit zu gewährleisten.A line rope constructed in this way has the disadvantage that its outer diameter compared to a conventional cable that does not have an integrated fiber optic cable, but has roughly the same mechanical and electrical properties, is significantly enlarged. This increase in diameter is mainly due to the polyethylene jacket due, which must be made relatively thick in order to achieve the required moisture tightness and to ensure mechanical strength.

Dennoch ist der Polyäthylenmantel nicht in der Lage, wesentliche Anteile der Zugspannung des Leiterseils zu übernehmen, daß seine Zugfestigkeit relativ gering ist.Nevertheless, the polyethylene jacket is not able to hold any substantial proportions to assume the tensile stress of the conductor, that its tensile strength is relatively low is.

Eine Vergrößerung des Durchmessers führt aber zu einer vergrößerten Windangriffsfläche, so daß größere Kräfte wirksam werden als für konventionelle Leitungseile. Auch das Durchhangsverhalten eines Phasenseil-Luftkabels (Nachrichtenkabel) weicht von dem eines konventionellen Leiters ab. Da ein Phasenseil-Luftkabel häufig gemeinsam mit konventionellen Leitungsseilen auf einer Trasse geführt wird, können sich durch das unterschiedliche Durchhangsverhalten Abstandsverminderungen zwischen den Leitungsseilen ergeben, die unter Umständen nicht zulässig sind.However, an increase in the diameter leads to an enlarged one Area exposed to wind, so that greater forces are effective than for conventional ones Wire ropes. The sag behavior of a phase rope aerial cable (communication cable) differs from that of a conventional conductor. As a live rope aerial cable often is run together with conventional cables on a route, can Due to the different sag behavior, there is a reduction in the distance between result from the cable ropes, which may not be permitted under certain circumstances.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leitungsseil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß es sich hinsichtlich seiner mechanischen und elektrischen Eigenschaften von einem Leitungsseil gleichen Durchmessers, welches jedoch konventionell, d.h. ohne Lichtwellenleiter, ausgebildet ist, nicht wesentlich unterscheidet.The object of the invention is to provide a cable of the type mentioned at the beginning Kind to train in such a way that it is in terms of its mechanical and electrical Properties of a cable of the same diameter, but which is conventional, i.e. without optical waveguides, does not differ significantly.

Das bedeutet mit anderen Worten, daß durch die Integration eines Lichtwellenleiters in das Leitungsseil sich insbesondere dessen Seildurchmesser nicht wesentlich vergrößern soll. Die Seilquerschnitte, Seildurchmesser, Seilfestigkeit und die elektrische Ubertragungsfähigkeit des Seiles sollen gemäß DIN 48204 in etwa eingehalten werden. Ferner sollen die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.In other words, this means that by integrating an optical waveguide in particular, its rope diameter does not increase significantly in the line rope target. The rope cross-sections, rope diameters, rope strength and electrical According to DIN 48204, the transmission capacity of the rope should roughly be maintained. Furthermore, the described disadvantages of the prior art are to be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtleitfasern durch ein hochzugfestes, hochdruckfestes, schwingungsfestes, feuchtigkeitsundurchlässiges, für Freileitungen geeignetes Material mit einer Zugfestigkeit von wenigstens 700 N/mm2 umhüllt sind, um das die metallischen Leitungsdrähte verseilt sind. Als Umhüllungsmaterial ist solches auf Kunststoffbasis besonders geeignet.This object is achieved according to the invention in that the optical fibers thanks to a high tensile strength, high pressure resistant, vibration resistant, moisture impermeable, Material suitable for overhead lines with a tensile strength of at least 700 N / mm2 around which the metallic conductor wires are stranded. As wrapping material those based on plastics are particularly suitable.

Das Umhüllungsmaterial kann dabei als Mantel oder Rohr ausgebildet sein, in dem eine begrenzte Relativbewegung der Lichtwellenleiter möglich ist. Schwingungsfest sind nach DIN VDE 0212, Teil 51, solche Leitungsseile, die bei mindestens 108 Lastwechseln keine Brüche aufweisen.The wrapping material can be designed as a jacket or tube in which a limited relative movement of the optical waveguides is possible. Vibration resistant are according to DIN VDE 0212, part 51, those cables that are capable of at least 108 load changes show no breaks.

Für das Umhüllungsmaterial kann vorzugsweise auch eine Zugfestigkeit von wenigstens 900 N/mm2 vorgeschrieben werden.A tensile strength can preferably also be used for the wrapping material of at least 900 N / mm2 must be prescribed.

Die Vorteile eines Phasenseiles mit Lichtleiterkabel gemäß der Erfindung sind insbesondere dort zu sehen, wo Lichtleiterkabel auf vorhandene Leitungen nachgerüstet werden sollen. Dies trifft vorallem bei Mittelspannungsfreileitungen zu, wo keine Erdseile vorhanden sind. Jedes zusätzliche Seil oder jede zusätzliche Durchmesservergrößerung bedeutet eine zusätzliche mechanische Belastung auf Masten und Fundamente und macht in der Regel Verstärkungen der Maste und Fundamente erforderlich. Die Erfindung gibt ein Phasenseil-Lichtwellenleiterkabel an, welches diese Verstärkungen nicht erforderlich macht, aber die gleichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften wie ein normales Phasenseil aufweist.The advantages of a phase rope with optical fiber cable according to the invention can be seen in particular where fiber optic cables are retrofitted to existing lines should be. This is especially true for medium-voltage overhead lines where none Earth ropes are present. Any additional rope or any additional increase in diameter means an additional mechanical load on masts and foundations and makes usually the masts and foundations need to be reinforced. The invention specifies a phase line fiber optic cable which does not have these reinforcements required, but the same electrical and mechanical properties like a normal phase rope.

Einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge besteht das Umhüllungsmaterial aus faserverstärktem Kunststoff, z.B. glasfaserverstarktem oder Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff. Diese Materialien weisen eine extrem hohe Zugfestigkeit auf, die höher als die von Stahl liegen kann. Wegen ihrer hohen Zugfestigkeit und Schwingungsfestigkeit haben sich glasfaserverstärkte Kunststoffseile beispielsweise als Tragseile im Antennenbau bewährt, so daß dieses Material als erprobt gelten kann.According to a preferred embodiment of the invention, there is Covering material made of fiber-reinforced plastic, e.g. glass fiber-reinforced or Carbon fiber reinforced plastic. These materials have an extremely high Tensile strength, which can be higher than that of steel. Because of their high tensile strength and vibration resistance have glass fiber reinforced plastic ropes, for example Tried and tested as suspension cables in antenna construction, so that this material is considered tried and tested can.

Die Umhüllung aus faserverstärktem Kunststoff zeichnet sich besonders durch ihre hohe Druckfestigkeit aus, durch die Druckbeanspruchungen, die insbesondere beim Verseilen der Seildrähte auftreten, von den im Inneren der Umhüllung liegenden optischen Fasern, z.B. Glasfasern, abgehalten werden. Diese Eigenschaft tritt bei kleinen Abmessungen der Umhüllung besonders vorteilhaft hervor.The cover made of fiber-reinforced plastic is particularly notable characterized by their high compressive strength, by the compressive stresses, in particular occur when stranding the rope wires, from those lying inside the sheath optical fibers such as glass fibers. This property joins small dimensions of the envelope particularly advantageous.

Die faserverstärkten Kunststoffe eigenen sich besonders gut als Hitzeschutzmantel für die Lichtwellenleiter, sie sind wasserundurchlässig und gegen atmosphärische Beanspruchungen unempfindlich. Ferner weisen sie ein geringes Gewicht auf.The fiber-reinforced plastics are particularly suitable as a heat protective jacket for the fiber optics, they are impermeable to water and against atmospheric Insensitive to stress. They are also light in weight.

Die hohe Schwingungsfestigkeit der faserverstärkten Kunststoffe ist hervorzuheben. Sie stellt die Uberlegenheit der erfindungsgemäßen Leitungsseile gegenüber solchen mit Polyäthylen- oder Aluminiumummantelung der Lichtwellenleiter heraus. Letztere sind gegen winderregte Schwingungen anfällig und neigen zum Schwingungsbruch.The high vibration resistance of fiber-reinforced plastics is to highlight. It represents the superiority of the cables according to the invention compared to those with polyethylene or aluminum sheathing of the optical waveguides out. The latter are susceptible to wind-induced vibrations and tend to break in vibrations.

Vorzugsweise weist das Umhüllungsmaterial, je nach Anzahl der in ihm enthaltenen Lichtwellenleiter (z.B. zwei bis sechs Lichtleiterfasern) und der erforderlichen mechanischen Beanspruchung, einen Außendurchmesser von 3,5 bis 7 mm auf. Ein Außendurchmesser von etwa 5 mm kann als besonders geeignet angesehen werden. Die Wandstärke des Umhüllungsmaterials liegt zwischen 0,5 und 2 mm.Preferably, the wrapping material, depending on the number of in it included optical fibers (e.g. two to six optical fibers) and the required mechanical stress, an outer diameter of 3.5 to 7 mm. An outside diameter of about 5 mm can be considered particularly suitable. The wall thickness of the wrapping material is between 0.5 and 2 mm.

Auf diese Weise ist ein kleiner Kerndurchmesser realisierbar, der bei Einbau in ein Leitungsseil nur zu einer geringen Vergrößerung des Leitungsseilquerschnittes führt. Wird bei einem Leitungsseil der metallische Kerndr4At durch den erfindungsgemäßen optischen Kern ersetzt, so kann unter Umständen eine Querschnittsvergrößerung ganz vermieden werden. Dieser Vorteil tritt besonders bei Leitungsseilen mit Stahlseele hervor, weil bei diesen Leitungsseilen das Fehlen eines Stahldrahtes (Kerndraht) sich praktisch nicht auf die elektrischen Eigenschaften des Leitungsseiles auswirkt, wobei die mechanische Beanspruchung des Stahldrahtes zumindest teilweise durch den faserverstärkten Mantel des optischen Kerns aufgenommen werden kann.In this way, a small core diameter can be achieved which, when installed in a cable, only leads to a slight increase in the cable cross-section. If the metallic Kerndr4At replaced by the optical core according to the invention, an enlargement of the cross-section can under certain circumstances be completely avoided. This advantage is particularly evident in the case of wire ropes with a steel core, because the lack of a steel wire (core wire) has practically no effect on the electrical properties of the wire rope, whereby the mechanical stress on the steel wire can be at least partially absorbed by the fiber-reinforced sheath of the optical core .

Dort, wo beim Ersatz eines Stahldrahtes durch einen optischen Kern die Zugspannung nicht vollständig von dem hochzugfesten Material übernommen werden kann, ist es vorteilhaft, für die übrigen Stahldrähte der Stahlseele solche Stahldrähte auszuwählen, die eine etwas höhere Zugfestigkeit als die üblichen Stahldrähte aufweisen.There where when replacing a steel wire with an optical core the tensile stress cannot be completely taken over by the high tensile strength material it is advantageous to use such steel wires for the remaining steel wires of the steel core that have a slightly higher tensile strength than the usual steel wires.

Hier können beispielsweise Stahldrähte StIV gemäß DIN 48200 anstelle der konventionellen Stahldrähte StIII verwendet werden. Es können vorteilhaft auch Stahldrähte mit höherer Zugfestigkeit eingesetzt werden, um so eine verringerte Stahlquerschnittsfläche auszugleichen, die sich bei Verwendung dünnerer Stahldrähte, als bei konventionellen Leitungsseilen üblich, ergibt. Durch diese usgestaltungen der Erfindung erhält man eine Stahlseele mit integriertem optischen Kern, deren Durchmesser in etwa gleich dem einer konventionellen Stahlseele ist.Here, for example, steel wires StIV according to DIN 48200 can be used instead the conventional steel wires StIII can be used. It can be beneficial too Steel wires with higher tensile strength are used, so a decreased Compensate for the steel cross-sectional area, which is caused by the use of thinner steel wires, than is usual with conventional cable ropes. Through these designs The invention gives a steel core with an integrated optical core, whose Diameter is roughly the same as that of a conventional steel core.

Sofern eine Stahlseele entbehrlich ist, können zweck-mäßigerweise um den optischen Kern unmittelbar Drähte aus Aluminium, Kupfer, aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung oder aluminiumumhüllte Stahldrähte und dergleichen verseilt werden. Wie schon erwähnt wurde, reicht die Druckfestigkeit des Umhüllungmaterials hierfür aus.If a steel core is dispensable, it is advisable to use Directly around the optical core are wires made of aluminum, copper, or an aluminum alloy or a copper alloy or aluminum-sheathed steel wires and the like stranded will. As already mentioned, the compressive strength of the wrapping material is sufficient for this.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Based on the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and other advantageous embodiments of the Invention will be explained and described in more detail.

Es zeigt: Fig. 1 ein konventionelles Aluminium-Stahlseil nach DIN 48204 und Fig. 2 ein Aluminium-Stahlseil mit erfindungsgemäßem Lichtwellenleiterkabel.It shows: Fig. 1 a conventional aluminum steel cable according to DIN 48204 and FIG. 2 shows an aluminum steel cable with an optical waveguide cable according to the invention.

Das Aluminium-Stahlseil gemäß Fig. 1 besteht aus einer Stahlseele mit sieben Stahldrähten 11 und aus sechsundzwanzig in zwei Drahtlagen angeordneten Aluminiumdrähten 12. Die technischen Merkmale, die der DIN 48204 und VDE 0210 entnommen werden können, sind folgende: 7 Stahldrähte (1+6) Drahtdurchmesser: 2,68 mm Stahlkern-Querschnitt: 39,5 mm2 26 Aluminium-Drahte (10+16) Drahtdurchmesser: 3,45 mm, Aluminium-Querschnitt: 243 mm2 Seildurchmesser: 21,9 mm Seilgewicht: 0,987 kg/m Ausschwingwinkel: 49,62° Im Unterschied zum Seil gemäß Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Seil, das in Fig. 2 dargestellt ist, ein Lichtwellenleiterkabel auf. Dieses ist in der Achse des Seiles angeordnet. Das Lichtwellenleiterkabel besteht aus vier optischen Fasern 23 (z.B. lose coatierte Gradientenfasern), die um eine Kunststoff-Trense 24 gewickelt sind und von einem Mantel 25 aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit hoher Zugfestigkeit umgeben sind. Der Mantel 25 sitzt so lose auf dem Faserbündel 23, daß dieses sich leicht in dem Mantel 25 bewegen kann. Ferner können, was nicht dargestellt wurde, die Hohlräume im Mantel inneren durch Füllmaterial aufgefüllt sein. Bei der Herstellung des Mantels 25 können Glasfasern um das optische Faserbündel gelegt werden und anschließend mit Kunstharz getränkt und ausgehärtet werden.The aluminum steel cable according to FIG. 1 consists of a steel core with seven steel wires 11 and twenty-six arranged in two wire layers Aluminum wires 12. The technical characteristics taken from DIN 48204 and VDE 0210 are the following: 7 steel wires (1 + 6) wire diameter: 2.68 mm steel core cross-section: 39.5 mm2 26 aluminum wires (10 + 16) wire diameter: 3.45 mm, aluminum cross-section: 243 mm2 rope diameter: 21.9 mm rope weight: 0.987 kg / m swing angle: 49.62 ° in the In contrast to the rope according to FIG. 1, the rope according to the invention, which is shown in FIG is shown, a fiber optic cable. This is in the axis of the rope arranged. The optical fiber cable consists of four optical fibers 23 (e.g. loosely coated gradient fibers) that are wrapped around a plastic bridle 24 and a jacket 25 made of glass fiber reinforced plastic with high tensile strength are surrounded. The jacket 25 sits so loosely on the fiber bundle 23 that this is can move easily in the jacket 25. Furthermore, what has not been shown, the cavities in the jacket inner be filled with filler material. In the preparation of of the jacket 25, glass fibers can be placed around the optical fiber bundle and then impregnated with synthetic resin and hardened.

Um den Mantel 25 sind zehn Stahldrähte 21 verseilt, die die Stahlseele bilden. Die Stahlseele ist von zwei verseilten Lagen aus runden Aluminiumdråhten 22 umgeben, wobei die Schlagrichtungen dieser beiden verseilten Lagen gegenläufig sind.Ten steel wires 21 are stranded around the jacket 25, which form the steel core form. The steel core consists of two stranded layers of round aluminum wires 22, the lay directions of these two stranded layers running in opposite directions are.

Die technischen Merkmale des Seils gemäß Fig. 2.sind folgende: 1 Lichtwellenieiterkabel mit 4'beschichteten Glasfasern und faserverstärktem Mantel Durchmesser: 5,0 mm 10 Stahldrähte Drahtdurchmesser: 2,24 mm Stahlseelen-Durchmesser: 39,40 mm2 12 Aluminiumdrähte Drahtdurchmesser: 3,33 mm 20 Aluminiumdrähte Drahtdurchmesser: 3,00 mm Aluminiumquerschnitt: 245,76 mm2 Seildurchmesser: 22,14 mm Seilgewicht: 1,037 kg/m Ausschwingwinkel: 48,530 Ein Vergleich der beiden Seile gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, daß sich das Leitungsseil mit integriertem Lichtwellenleiterkabel nur sehr wenig von dem DIN-Vergleichsseil gemäb Fig. 1 unterscheidet. Es liegt bei dem Seil gemäß Fig. 2 auf der Hand, daß durch Variation der Querschnittsaufteilung pro Drahtlage, eventuell unter Einbeziehung einer Stahlsorte mit höherer Zugfestigkeit, sich für beide Aluminiumdrahtlagen gleiche Drahtdurchmesser erreichen lassen und daß auch noch geringere Seildurchmesser realisierbar sind.The technical characteristics of the rope according to Fig. 2 are as follows: 1 fiber optic cable with 4 'coated glass fibers and fiber-reinforced sheath diameter: 5.0 mm 10 Steel wires Wire diameter: 2.24 mm Steel core diameter: 39.40 mm2 12 aluminum wires Wire diameter: 3.33 mm 20 aluminum wires Wire diameter: 3.00 mm Aluminum cross section: 245.76 mm2 rope diameter: 22.14 mm rope weight: 1.037 kg / m swing angle: 48.530 A Comparison of the two ropes according to FIG. 1 and FIG. 2 shows that the line rope with an integrated fiber optic cable, very little of the DIN comparison rope 1 differs according to FIG. It is obvious with the rope according to FIG. 2 that by varying the cross-sectional distribution per wire layer, possibly including a type of steel with higher tensile strength, are the same for both aluminum wire layers Can reach wire diameter and that even smaller rope diameters can be realized are.

Claims

Claims 1. Cable for high voltage overhead lines for simultaneous Transmission of energy and messages, in particular phase and fiber optic cables or earth wire fiber optic cable in which the optical fibers are in the core of the cable are arranged, characterized in that the optical fibers (23) through a high tensile strength, high pressure resistant, vibration resistant, suitable for overhead lines Material with a tensile strength of at least 700 N / mm2 are wrapped around which the metallic lead wires (21,22) are stranded.

2. Cable rope according to claim 1, characterized in that the Wrapping material has a tensile strength of at least 900 N / mm2.

3. Cable rope according to claim 1 or 2, characterized in that the wrapping material is a plastic based material.

4. Cable rope according to one of claims 1 or 3, characterized in that that the wrapping material consists of fiber-reinforced plastic.

. t 5. wire rope according to claim 4, characterized in that the wrapping material is glass fiber reinforced plastic.

6. Cable rope according to claim 4, characterized in that the Wrapping material is carbon fiber reinforced plastic.

7. Line rope according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the wrapping material has an outer diameter of 3.5 to 7 mm.

8. Line rope according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the wrapping material has an outer diameter of about 5 mm.

9. Cable with steel core according to one of claims 1 to 8, characterized in that it consists of optical fibers (23) and sheathing material (25) formed optical core, which replaces the core wire of the steel soul.

10. Cable rope according to claim i, characterized in that the Steel wires (21) of the steel core have a higher strength than those that usually used for cables without an optical core.

11. Line rope according to claim 9 or 10, characterized in that that the steel wires (21) of the steel core have a smaller diameter than those that are usually used in cables without an optical core.

12. Line rope according to one of claims 1 to 11, characterized in that that around the optical fiber formed from optical fibers (23) and cladding material (25) Core aluminum-sheathed steel wires are stranded.

13. Line rope according to one of claims 1 to 8, characterized in that that around the optical core wire formed from optical fibers and cladding material direct wires made of aluminum, copper, an aluminum alloy or a copper alloy are stranded.