DE4212147A1 - Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen mit einem optischen Übertragungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungsseil für Hochspannungs­ freileitungen mit einem im Kern angeordneten optischen Über­ tragungselement, dessen Außenhülle mindestens einen Licht­ wellenleiter umschließt, und mit mindestens einer darüber angeordneten Verseillage aus leitenden Drähten.

Ein Leitungsseil dieser Art ist aus der DE 34 46 766 A1 be­ kannt. Dieses Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen dient der Energie- und/oder Nachrichtenübertragung, z. B. als Phasen- oder als Erdseil. In seinem Kern sind Lichtleitfasern angeordnet und mit einem hochzugfesten, hochdruckfesten, schwingungsfesten, für Freileitung geeigneten Mantel auf Kunststoffbasis umhüllt, der Glasfaserverstärkungen enthal­ ten kann. Auf diesen Mantel sind direkt metallene Leitungs­ drähte aufgeseilt.

Der Aufbau dieses bekannten Leitungsseiles erfolgt mit einem ganz speziell ausgebildeten Mantel für die im Zentrum des Leitungsseiles angeordneten Lichtwellenleiter. Bei der Her­ stellung des bekannten Leitungsseiles selbst ist vor allem nachteilig, daß die Leitungsdrähte direkt auf dem Zug- und druckfesten Mantel des optischen Übertragungselementes aufge­ seilt werden. Dadurch können z. B. Durchmesserschwankungen des Mantels nicht ohne weiteres oder nur unzureichend ausgeglichen werden. Es besteht unter Umständen auch die Gefahr, daß das optische Übertragungselemente mechanisch belastet und geschä­ digt wird. Ein weiterer Nachteil des bekannten Leitungsseiles ist darin zu sehen, daß allein der Mantel als Hitzeschutz für die in ihm angeordneten Lichtwellenleiter vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzei­ gen, wie ein Leitungsseil für Hochspannungsfreileitungen mit einem optischen Übertragungselemente im Kern in einfacherer, sicherer und zuverlässigerer Weise aufgebaut und hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Leitungsseil der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außen auf der Au­ ßenhülle des optischen Übertragungselementes mindestens eine Fasern enthaltende Lage vorgesehen ist, und daß diese Lage der­ art ausgestaltet ist, daß sie durch die darauf aufzubringende Verseillage aus leitenden Drähten verformbar ist.

Bei der Erfindung ist es somit nicht notwendig, für Hochspan­ nungsfreileitungen optische Übertragungselemente mit einem speziell ausgebildeten Mantel vorzusehen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei vorgegebenem Innendurchmesser der innersten Verseillage aus Leitungsdrähten und bei vorgegebener Anzahl dieser Leitungsdrähte die Durchmesserschwankungen der Außenhülle des optischen Übertragungselementes ausreichend aus­ geglichen werden können. Mechanische und thermische Beanspru­ chungen der Außenhülle können weitgehend verhindert werden, da die Leitungsdrähte nun nicht mehr direkt auf der Außenhülle zu liegen kommen. Gleichzeitig gewährleistet die Lage auch einen gewissen Hitzeschutz für die Außenhülle des optischen Übertra­ gungselementes bei auftretenden thermischen Belastungen.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Lage mit einem Bindemittel getränkt (Tränkmittel). Vorteil­ haft ist für das Bindemittel ein temperaturfestes Material, insbesondere ein Polyesterharz, gewählt. Durch diese Maßnahme entsteht eine Verbundstruktur, die besonders zug-, druckfest und hitzebeständig ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungsseiles für Hochspannungsfreileitungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß außen auf der Außenhülle des optischen Übertragungselementes eine Fasern enthaltende Lage aufgebracht wird, und daß diese Lage durch eine darüber an­ geordnete Verseillage aus leitenden Drähten verformt wird.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt in vergrößerter Darstellung ein Leitungsseil gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Leitungsseil LS in Fig. 1 weist als Elemente ein optisches Übertragungselement OE im Kern, eine auf dessen Außenhülle AH aufgebrachte, z. B. Glasfasern enthaltende Lage GL, eine darü­ ber angeordnete Verseillage VL1 aus Stahl- oder Stalumdrähten SD1 bis SDn und darüber eine äußere Verseillage VL2 mit gegen­ über der Innenlage VL1 höherer Leitfähigkeit, z. B. aus Aldrey- oder Aluminiumdrähten AD1 bis ADn, auf.

Im Inneren des optischen Übertragungselementes OE sind Licht­ wellenleiter LW1 bis LWn zur Nachrichtenübertragung angeordnet. Diese sind lose in eine weiche Füllmasse FM eingebettet, um gewisse Ausgleichs- oder Bewegungsvorgänge der Lichtwellenlei­ ter LW1 bis LWn zuzulassen. Zu diesem Zweck kann die Füllmasse vorteilhaft eine in etwa pastenförmige Konsistenz aufweisen oder insbesondere thixotropen Charakter besitzen. Zweckmäßig ist es auch, öl- oder fetthaltige Füllmassen als Schutz gegen Wasser, OH-Gruppendiffusion, usw. vorzusehen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Lichtwellenleiter LW1 bis LWn mit einem stark verschäumten, elastischen Kunststoff zu umgeben.

Auf der Füllmasse FM ist fugenlos dicht die Außenhülle AH des optischen Übertragungselementes OE angebracht. Diese Außen­ hülle AH ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einschichtig ausgebildet. Dies ist meist ausreichend, um einen zuverlässi­ gen Schutz für die Weiterverarbeitung der in die Füllmasse FM eingebetteten Lichtwellenleiter LW1 bis LWn sicherzustellen. Für deren Außenhülle AH kann zum Schutz gegenüber mechanischen Beanspruchungen ein Werkstoff wie z. B. PC oder PBT gewählt sein. Zweckmäßig kann es auch sein, für die Außenhülle AH ein temperaturfestes Material, wie z. B. P1, als einen gewissen, zusätzlichen Schutz gegenüber thermischen Beanspruchungen vor­ zusehen. Zweckmäßigerweise weist die Außenhülle AH des opti­ schen Übertragungselementes OE eine radiale Erstreckung (Wand­ stärke) zwischen 0,6 und 1,4 mm, vorzugsweise zwischen 0,7 und 1,0 mm auf. Gegebenenfalls kann die Außenhülle AH auch mehrschichtig mit mindestens einer weichen Außenschicht und innen mit mindestens einer demgegenüber härteren Innenschicht aufgebaut sein, so daß Risse in der harten Innenschicht bei auftretenden mechanischen Beanspruchungen nicht bis nach außen gelangen können und von der weichen Außenschicht nach außen hin dichtend abgeschlossen werden. Für die weiche Außenschicht eignet sich vorteilhaft z. B. PBT. Für die härtere Innenschicht kann zweckmäßigerweise z. B. PC oder PE1 verwendet sein.

Auf der kreiszylinderförmigen Außenhülle AH des optischen Übertragungselementes OE sind in Fig. 1 Faser-Elemente GF1 bis GFn direkt anliegend angebracht und bilden die Lage GL. Als Faser-Elemente können bevorzugt Glasfasern verwendet werden, welche den Vorteil hoher Hitzebeständigkeit bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit aufweisen. Es ist aber auch möglich, Kunststoffasern einzusetzen, insbesondere Aramidfasern. Auch eine Kombination aus Glas- und Kunst­ stoffasern ist anwendbar. Die Faser-Elemente GF1 bis GFn weisen im Querschnitt ein etwa rechteckförmiges Profil auf. Sie schmiegen sich in Umfangsrichtung an der Außenhülle AH enganliegend an, d. h. sie verlaufen leicht bogenförmig ge­ krümmt. Vorteilhaft erstrecken sich die Faser-Elemente GF1 bis GFn in Umfangsrichtung zwischen 1 und 4 mm, bevorzugt zwischen 1,5 und 2,5 mm. Diese Faser-Elemente GF1 bis GFn sind in der Lage GL in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Sie bilden also in der Schnittbilddarstellung von Fig. 1 um den Umfang gesehen eine ringförmige, unter­ brochene Struktur mit je einem Spalt SP zwischen zwei be­ nachbarten Glasfaser-Elementen. Der Spalt SP weist vorteil­ haft eine Breite in Umfangsrichtung < 1 mm auf. Geeignete Glasfaser-Elemente (glasrowings) in dieser Form bietet die Firma PPG unter dem Handelsnamen "Herkuflexy" an. Die Fa­ ser-Elemente sind zweckmäßig mit einem Bindemittel, insbe­ sondere Kunstharz (z. B. Polyesterharz) getränkt. Das Harz sollte so gewählt werden, daß die Faserelemente noch etwas komprimierbar sind, um dennoch Durchmesserschwankungen der Außenhülle ausgleichen zu können.

Es ist auch möglich, für die Faser-Elemente GF1 bis GFn selbständige Stränge aus einzelnen Fasern vorzusehen. Zu diesen Strängen sind die einzelnen Fasern beispielsweise lose nebeneinander und/oder übereinander geschichtet bzw. zu­ sammengefaßt oder miteinander verseilt. Es resultieren somit Faser-Elemente GF1 bis GFn, die jeweils vorteilhaft eine lockere, in sich bewegliche und verformbare Verbundstruktur aufweisen. Die Faser-Elemente GF1 bis GFn in der Lage GL weisen zweckmäßigerweise eine radiale Erstreckung zwischen 0,1 und 1 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,5 mm auf. Zu dieser offenen Lage GL sind die Faser-Elemente GF1 bis GFn z. B. mit Hilfe eines Aufseilvorganges auf der kreiszylinder­ förmigen Außenhülle AH formiert.

Alternativ kann die Lage GL mit Faser-Elementen GF1 bis GFn um den Umfang gesehen auch geschlossen ausgebildet sein. Dazu eignen sich vorteilhaft Faser-Matten. Zweckmäßiger­ weise können auf der kreiszylinderförmigen Außenhülle AH des optischen Übertragungselementes OE schließlich auch mehrere geschlossene und/oder offene Lagen mit Faser-Elementen GF1 bis GFn angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die Außenhülle AH auch mit einer Vielzahl von einzelnen Fasern anstelle der Faser-Elemente umhüllt sein. Diese können dabei lose neben­ einander und/oder übereinander liegen, miteinander verwebt, versponnen, oder miteinander verseilt sein.

Die vorzugsweise unkalibrierte Außenhülle AH des optischen Übertragungselementes OE wird kaum oder nur wenig mechanisch beansprucht. Auf diese Weise können in Phasen- oder Erdseilen auch solche optische Übertragungselemente eingesetzt werden, wie sie in Nachrichtenkabeln üblich sind. Die für Nachrichten­ kabel gängigen Bündel- oder Hohladern als optische Übertra­ gungselemente weisen nur eine Außenhülle ohne besonderen Zug­ festigkeits- oder Druckfestigkeitseigenschaften auf und sind ohne Verstärkungseinlagen oder dergleichen ausgebildet. Die Lage GL mit Faser-Elementen GF1 bis GFn stellt somit hinsicht­ lich des optischen Übertragungselementes OE eine Art mechani­ sche Zusatzbewehrung dar. Durch die Nachgiebigkeit der Lage GL kann diese durch die hochfeste, ringförmige und kreiszylindri­ sche Verseillage VL1 aus Stahldrähten SD1 bis SDn in gewissem Umfang deformiert werden, ohne die Außenhülle AH mechanisch zu beanspruchen oder zu schädigen. Die Lage GL ist also derart kompressibel, daß die kreiszylindrische hochfeste Stahldraht­ lage VL1 die Lage GL so weit eindrücken kann, daß Durchmesser­ schwankungen des optischen Übertragungselementes OE keine Rol­ le spielen. Dadurch paßt sich der Außendurchmesser der Lage GL dem Innendurchmesser der Stahldrahtlage VL1 optimal an, so daß sich ein rotationssymmetrischer und konzentrischer Aufbau des Leitungsseiles LS ergibt. Durchmesserschwankungen der Außen­ hülle AH des optischen Übertragungselementes OE, wie sie z. B. bei der Extrusion der Außenhülle AH auftreten können, werden weitgehend ausgeglichen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Kompressibilitäts-Bereich der Lage GL zumindest gleich oder größer gewählt wird als der Bereich der Durch­ messerschwankungen der Außenhülle AH. Es wird somit verhin­ dert, daß bei vorgegebener Anzahl von Stahldrähten SD1 bis SDn in der Verseillage VL1 und bei vorgegebenen Innendurchmes­ ser dieser Verseillage VL1 die Außenhülle AH mechanisch bean­ sprucht wird.

Vorteilhaft ist der Außendurchmesser der Lage GL etwas größer als der Innendurchmesser der darüber angeordneten Verseillage aus Stahldrähten SD1 bis SDn gewählt. Die Lage GL weist zweck­ mäßigerweise einen Außendurchmesser auf, der zwischen 0,1 und 0,5, bevorzugt 0,2-0,5 mm größer ist als der Innendurchmes­ ser der Verseillage VL1 aus Stahldrähten SD1 bis SDn.

Die Lage GL mit Faser-Elementen GF1 bis GFn kann ihre Funktion als verformbare Ausgleichslage und als zug- und druckfeste Schutzbewährung für das optische Übertragungselement OE da­ durch vervollständigen, daß sie mit einem Bindemittel BM ge­ tränkt wird. Das Bindemittel BM füllt die Zwischenräume zwi­ schen den Fasern und/oder den Strängen aus Faser-Elementen GF1 bis GFn aus. Auf diese Weise erhält man vorteilhaft eine hoch­ feste Verbundstruktur der Faser-Elemente GF1 bis GFn unterein­ ander. Dies verbessert den Schutz für die Außenhülle AH des optischen Übertragungselementes OE gegenüber mechanischen Be­ anspruchungen bei auftretenden Zug- oder Druckkräften. Als Bindemittel BM eignet sich vor allem aushärtendes Epoxy- oder Polyesterharz, das zweckmäßig temperaturfest ist.

Schließlich übernimmt die Lage GL mit Faser-Elementen GF1 bis GFn auch die Funktion eines Hitzeschutzmantels bei auf­ tretenden thermischen Belastungen für die Außenhülle AH des optischen Übertragungselemente OE. Da die Außenhülle AH da­ durch weitgehend thermisch unbelastet bleibt, können Ver­ formungen oder Beschädigungen der Außenhülle AH verhindert werden. Die Faser-Elemente GF1 bis GFn können vorzugsweise Temperaturen bis 400°C aufnehmen. Die Lage GL mit den Faser-Ele­ menten GF1 bis GFn kann eine maximale Temperaturdifferenz (Temperaturabfall nach innen) zwischen 50 und 100 K bewirken. Da die thermische Belastbarkeit der Außenhülle AH des opti­ schen Übertragungselementes OE im allgemeinen auf eine Tempe­ ratur zwischen 200 und 250°C beschränkt ist, resultiert so­ mit eine maximale, thermische Gesamtbelastbarkeit des Lei­ tungsseiles LS zwischen 250 und 350°C. Tritt beispielsweise ein Kurzschluß in der Lage VL2 aus Aldrey-Drähten AD1 bis ADn auf, so weist somit das Leitungsseil LS innen eine eigene, zu­ sätzliche thermische Barriere auf. Auf diese Weise wird die Außenhülle AH thermisch weitgehend isoliert.

Fig. 2 veranschaulicht, wie das Leitungsseil LS nach Fig. 1 hergestellt werden kann. Das optische Übertragungselement OE wird entsprechend dem Pfeil TR nach rechts von einer rotieren­ den Vorratspule VOE abgezogen. Von Vorratsspulen VGF1 bis VGFn, die feststehend ringförmig um die Längsachse des optisches Übertragungselementes OE angeordnet werden, werden Faser-Ele­ mente GF1 bis GFn abgespult. Diese werden einem gemeinsamen Verseilpunkt in einer Vorrichtung VN1 (- analog zu einem Ver­ seilnippel ausgebildet -) zugeführt und ringförmig um das op­ tische Übertragungselement OE verseilt. Gegebenenfalls können die Faser-Elemente auch aufgesponnen oder aufgewickelt werden. Die so gebildete Lage GL wird in einer Vorrichtung VBM mit einem Tränk-/oder Bindemittel BM, vorzugsweise einem Epoxy- oder Polyesterharz, getränkt. Nachfolgend werden von einer zweiten rotationssymmetrischen, feststehenden Anordnung aus Vorratsspulen VSD1 bis VSDn Stahldrähte SD1 bis SDn abgezogen und in einer Vorrichtung VN2 in einer Verseillage VL1 auf die Lage GL direkt aufgeseilt. Dabei kommt es zu einer Kompression der Lage GL aus zugfesten Fasern. In diesem Zustand ist das Bindemittel BM noch nicht ausgehärtet, so daß es dieser Kom­ pression keinen besonderen Widerstand entgegensetzt. Das Aus­ härten bzw. Teilaushärten des Bindemittels BM erfolgt nach der Aufseilung der inneren Lage VL1 aus Stahldrähten SD1 bis SDn. Auf diese Weise erfolgt ohne unzulässige Beanspruchung der Außenhülle AH der Toleranzausgleich bei deren Außendurchmes­ ser-Schwankungen. Abschließend werden Aldrey-Drähte AD1 bis ADn von einer dritten, feststehenden rotationssymmetrischen Anordnung aus Vorratsspulen VAD1 bis VADn abgespult und als äußere Verseillage VL2 auf der Lage VL1 aus Stahldrähten SD1 bis SDn in einer Einrichtung VN3 aufgebracht. Ein nachgeordne­ ter rotierender Raupenabzug RA umfaßt das so hergestellte Lei­ tungsseil formschlüssig und führt dieses einer rotierenden Auf­ wickeltrommel TL zu. Der Raupenabzug RA dient dabei dem Zweck, das optische Übertragungselement OE, die Verseilelemente (Fa­ ser-Elemente GF1 bis GFn, Stahldrähte SD1 bis SDn und Aldrey-Drähte AD1 bis ADn) von ihren Vorratsspulen abzuziehen und je­ weils ihren Verseilpunkten in den Vorrichtungen VN1, VN2 und VN3 zuzuführen. Eine Torsion des optischen Übertragungselemen­ tes OE wird verhindert, indem die Trommeln VOE und TL sowie der Raupenabzug RA synchron und gleichsinnig rotieren. Es kann auch mit einer feststehenden Vorratsspule VOE, einer festste­ henden Aufwickeltrommel TL und einem feststehenden Raupenabzug RA gearbeitet werden. Dann müssen die Vorratsspulen VGF1-VGFn, VSD1-VSDn und VAD1-VADn rotieren.

Claims (17)

1. Leitungsseil (LS) für Hochspannungsfreileitungen mit einem im Kern angeordneten optischen Übertragungselement (OE), des­ sen Außenhülle (AH) mindestens einen Lichtwellenleiter (LW1) umschließt, und mit mindestens einer darüber angeordneten Ver­ seillage (VL1, VL2) aus leitenden Drähten, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der Außenhülle (AH) des optischen Übertragungs­ elementes (OE) mindestens eine Fasern enthaltende Lage (GL) vorgesehen ist, und daß diese Lage (GL) derart ausgestaltet ist, daß sie durch die darauf aufzubringende Verseillage (VL1) aus leitenden Drähten (SD1-SDn) verformbar ist.

2. Leitungsseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Außenhülle (AH) des optischen Übertragungsele­ mentes (OE) eine Wandstärke zwischen 0,6 und 1,2 mm, insbe­ sondere zwischen 0,7 und 1,0 mm, gewählt ist.

3. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern enthaltende Lage (GL) um den Umfang ge­ schlossen ausgebildet ist.

4. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (GL) aus einzelnen Faser-Elementen (GF1-GFn) aufgebaut ist.

5. Leitungsseil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser-Elemente (GF1-GFn) eine Erstreckung in Umfangsrichtung zwischen 1 und 4 mm, bevorzugt zwischen 1,5 und 2,5 mm, aufweisen.

6. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern enthaltende Lage (GL) eine radiale Er­ streckung (Wandstärke) zwischen 0,1 und 1 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,5 mm, aufweist.

7. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern enthaltende Lage (GL) mit einem Bindemittel (BM) versehen ist.

8. Leitungsseil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bindemittel (BM) ein temperaturfestes Material, insbesondere ein Harz, gewählt ist.

9. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern enthaltende Lage (GL) kompressibel ausge­ bildet ist.

10. Leitungsseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lage (GL) mindestens eine innere Verseillage (VL1) aus Stahl- oder Stalumdrähten (SD1 bis SDn) aufgebracht ist.

11. Leitungsseil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als äußere Verseillage (VL2) mindestens eine Lage aus Drähten (AD1-ADn) mit höherer Leitfähigkeit vorgesehen ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Leitungsseils für Hoch­ spannungsfreileitungen nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der Außenhülle (AH) des optischen Übertragungs­ elementes (OE) eine Fasern enthaltende Lage (GL) aufgebracht wird, und daß diese Lage (GL) durch eine darüber angeordnete Verseillage (VL1) aus leitenden Drähten verformt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle (AH) des optischen Übertragungselementes (OF) in unkalibrierter Form mit der Fasern enthaltenden Lage (GL) versehen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (GL) mit einem Bindemittel (BM) versehen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lage (GL) mindestens eine Lage (VL1) aus Stahl- oder Stalumdrähten (SD1-SDn) aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf diese Lage (VL1) aus Stahl- oder Stalumdrähten (SD1-SDn) mindestens eine Lage (VL2) aus Drähten mit höherer Leitfähigkeit (AD1-ADn) angeordnet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser-Elemente (GF1-GFn) auf die Außenhülle (AH) des optischen Übertragungselementes (OE) zu einer Lage (GL) ver­ seilt werden.