DE4342151A1 - Elektrisches Luftkabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Luftkabel mit im Verseilverband von elektrischen Leitern und zugfesten Tragelementen angeordneten Lichtwellenleiterelementen aus optische Fasern enthaltenden Metallröhrchen.

Kabel der gattungsgemäßen Art sind seit langem bekannt, eine Ausführungsform (DE-OS 35 38 664) beispielsweise zeigt ein solches Lichtwellenleiterluftkabel, bei dem das Lichtwellenleiterelement außerhalb der Seele angeordnet und anstelle eines Drahtes vorgesehen ist, wobei hier das Lichtwellenleiterelement die gleiche Schlaglänge wie die übrigen Drähte der Verseillage besitzt. Da neben den als zugfeste Tragelemente verwendeten stahl- oder aluminiumplattierten Stahldrähten zum Stromtransport, beispielsweise in Starkstromanlagen bis 380 kV, elektrische Leiter im Verseilverband angeordnet sind, ist bei ständigem Stromfluß während der Betriebsdauer des elektrischen Luftkabels mit einer Erwärmung des Kabels selbst und damit auch des die optischen Fasern führenden Metallröhrchens zu rechnen. Verstärkt wird dieser Effekt noch durch die Eigenerwärmung des Röhrchens, da es selbst stromleitend ist. Je nach Übertragungsleistung des Kabels können die im Verseilverband angeordneten Metallröhrchen eine erhebliche Temperaturerhöhung erfahren, so daß Veränderungen des in dem Röhrchen zum Schutz und zur Längsabdichtung der optischen Faser vorgesehenen Füllmittel unvermeidbar sind. Auch Diffusionsprozesse innerhalb des Füllmittels können durch erhöhte Temperatureinwirkung begünstigt werden, die sich dann ihrerseits wieder negativ auf die Übertragungseigenschaften der optischen Fasern auswirken.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch in elektrischen Luftkabeln, die einer höheren elektrischen Belastung mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen hinsichtlich ansteigenden Betriebstemperaturen unterliegen, für einen ausreichenden Schutz der optischen Fasern zu sorgen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Kabel dadurch, daß das oder die Metallröhrchen kunststoffummantelt sind. Diese Kunststoffummantelung verhindert zum einen, daß das die optischen Fasern führende Stahlröhrchen selbst an der Stromleitung der elektrischen Leiter teilnimmt, zum anderen bildet es eine Wärmeisolierung des Stahlröhrchens, so daß von den in der Umgebung im Verseilverband angeordneten elektrischen Leitern Wärmeverluste nicht an das Stahlröhrchen abgegeben werden können. Die Ummantelung des Stahlröhrchens hat darüberhinaus noch den weiteren Vorteil, daß Korrosionserscheinungen zwischen dem Stahlröhrchen und den benachbarten beispielsweise aus Aluminium bestehenden, stromleitenden Elementen oder den aluminiumummantelten Drähten, die die Zugfestigkeit des Leiterseiles bewirken, vermieden ist.

Je nach gewähltem Kabelquerschnitt sowie abhängig von den zu übertragenden Leistungen kann die Erwärmung des die optischen Fasern führenden Stahlröhrchens erheblich sein. Aus diesem Grund hat es sich in Durchführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, als Mantelmaterial einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff zu wählen.

Hierfür geeignete Werkstoffe sind beispielsweise Fluorkunststoffe, die als thermoplastische verarbeitbare Kunststoffe die für die Erfindung notwendige hohe Temperaturbeständigkeit mitbringen. Zu dieser Gruppe gehören beispielsweise das Copolymerisat aus Tetrafluorethylen und Ethylen, das unter der Abkürzung ETFE im Handel ist, das unter der Bezeichnung FEP vertriebene Copolymerisat aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen mit einer Dauergebrauchstemperatur von 200°C oder auch ein Ethylen-Trifluorethylen- Copolymerisat, das als ECTFE in der Draht- und Kabelindustrie als Isolier- und Mantelmaterial verwendet wird. Auch aus vorwiegend Tetrafluorethylen und Perfluorvinylether-Einheiten aufgebaute Mischpolymerisate, die thermoplastisch verarbeitbar sind und einen Schmelzbereich zwischen 305° und 310°C aufweisen, können nach der Erfindung eine vorteilhafte Anwendung finden.

Das bekannte Polytetrafluorethylen (PTFE) kann in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden, es zeichnet sich besonders durch seine thermische Beständigkeit bei guten elektrischen und dielektrischen Eigenschaften aus. Da dieser Werkstoff thermoplastisch nicht verarbeitbar ist, jedoch als Pulver- und Folienmaterial im Handel ist, kann die Ummantelung des die optischen Fasern führenden Metallröhrchens beispielsweise durch einen Pulverauftrag aus dem Polytetrafluorethylen mit anschließender Sinterung vorgenommen werden, oder dadurch, daß im Handel befindliche gesinterte oder ungesinterte Bänder auf das Metallröhrchen als Mantel aufgewickelt werden. Handelt es sich um ungesintertes Bandmaterial, dann lassen sich die einzelnen Bandlagen in einer anschließenden Temperaturbehandlung miteinander verschmelzen oder verkleben.

Da Fluorkunststoffe in hohem Maße gegen aggressive Medien unempfindlich sind, bietet ein aus solchen Werkstoffen hergestellter Mantel einen besonders guten Korrosionsschutz für das die optischen Fasern enthaltene Metallröhrchen. Diese Werkstoffe, insbesondere auch das letztgenannte Polytetrafluorethylen zeichnet sich aber auch durch besonders geringe Reibwerte und eine hohe Elastizität aus, während der Einseilung oder Einbindung des kunststoffummantelten Röhrchens in das Luftkabel sind daher die optischen Fasern zusätzlich besonders gegen mechanische äußere Einflüsse geschützt.

Die Dicke des gemäß der Erfindung für das Metallröhrchen verwendeten Mantels ist den jeweiligen Anwendungszwecken anzupassen. Soll der Mantel im wesentlichen als Trenn- oder elektrische Isolierschicht das Metallröhrchen umgeben, wird man eine Wanddicke von 0,05-2,0 mm, vorzugsweise 0,1-1,5 mm wählen, während für einen Mantel, der als elektrische Isolierschicht und Wärmeisolierung dienen soll, einer Wanddicke von 0,05-4 mm, vorzugsweise 1-3 mm den Vorzug gibt.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 veranschaulicht ein sogenanntes Luftkabel, beispielsweise mit einem Außendurchmesser von etwa 12 mm, es weist einen inneren tragfähigen Kern 1 in Form eines aluminiumummantelten Stahldrahtes auf, aufgeseilt auf diesen Kerndraht ist eine erste Lage aus ebenfalls aluminiumplattierten Stahldrähten 2, während die darüber befindliche Drahtlage aus den Strom leitenden Aluminiumdrähten 3 besteht. In der Drahtlage unmittelbar über dem Kerndraht 1 ist das Metallröhrchen 4 angeordnet, das vorzugsweise aus Stahl besteht und dessen Durchmesser dem der benachbarten aluminiumplattierten Stahldrähte 2 entspricht. Gefüllt ist dieses Metallröhrchen 4 mit einer Füllmasse, einem Füllgel beispielsweise, in dem die optischen Fasern 9 längseinlaufend eingebettet sind. Das Metallröhrchen 4 weist den erfindungsgemäßen Kunststoffmantel 5 auf, er besteht beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, umschließt das Röhrchen dicht und bietet neben einer thermischen Isolierung für den Betriebszustand des elektrischen Kabels eine elektrische Isolierung des Metallröhrchens im Verbund mit den elektrisch leitfähigen benachbarten Leiterelementen.

Die Fig. 2 zeigt ein selbsttragendes Luftkabel, bei dem um ein zentrales Stahlröhrchen 6 eine Armierung aus aluminiumplattierten Stahldrähten 7 aufgeseilt ist. Die Leiterelemente 8 bestehen aus Aluminium oder einer geeigneten Aluminiumlegierung. Im Innern des Stahlröhrchens 6 sind optische Fasern 9 angeordnet, sie weisen gegenüber der Länge des Stahlröhrchens 6 eine Überlänge von mindestens 5% auf. Der Raum 10 im Innern des Stahlröhrchens kann wiederum mit einem Füllgel, beispielsweise auf Basis Petrojelly, gefüllt sein. Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß das Stahlröhrchen 6 eine äußere Ummantelung 11 aufweist, vorzugsweise auf einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, etwa auf der Basis eines Fluorpolymeren. Als elektrische oder wärmeisolierende Schicht hat die beispielsweise durch Extrusion aufgebrachte Mantelschicht eine Dicke von 2,5-3 mm.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 3, hierbei sind über einen inneren Kernprofil 12, beispielsweise in Form eines Metalldrahtes, etwa aus Stahl oder Aluminium, in einer ersten Lage aluminiumummantelte Stahldrähte 13 als Armierungsdrähte sowie Stahlröhrchen 14 zur Aufnahme der optischen Fasern angeordnet. Wie die Figur veranschaulicht, haben die zwischen jeweils zwei Armierungsdrähten 13 gelagerten Metallröhrchen einen kleineren Durchmesser als die benachbarten Armierungsdrähte, welche zusätzlich durch Einlegen in längsverlaufende Nuten (15) des Kernprofiles 12 in ihrer Lage fixiert sind, so daß bei Biegungen des Kabels oder anderer mechanischer Belastung, beispiels­ weise in Form von Schwingungen im Betriebszustand, die metallischen Röhrchen 14 geschützt sind. Die äußere, den Verseilverband nach außen abschließende Lage besteht aus Aluminiumdrähten 16, die der Stromübertragung dienen.

Im Innern der Stahlröhrchen 14 sind die optischen Fasern 17 angeordnet, ihre Überlänge im Verseilverband ist durch den gewählten Verseilschlag gegeben, falls erforderlich, sind die optischen Fasern 17 auch mit Überlänge in das Metallröhrchen 14 eingefahren. Als lediglich trennende oder elektrisch isolierende Schicht sind die Metallröhrchen 14, beispielsweise Stahlröhrchen, kunststoffummantelt, die Wanddicke dieser Kunststoffummantelung 18 beträgt etwa 0,8-1,0 mm. Diese Ummantelung besteht beispielsweise aus einer oder mehreren Lagen eines mit überlappenden Bandkanten aufgebrachten Polytetrafluorethylenbandes, das in bereits gesintertem Zustand aufgewickelt sein kann, aber auch dadurch aufgebracht werden kann, daß man ein ungesintertes Band in einer oder mehreren Lagen aufwickelt und anschließend eine Temperaturbehandlung vornimmt, so daß die einzelnen Bandlagen und die Überlappungsbereiche verschmelzen oder verkleben.

Unabhängig von den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung überall dort einsetzbar, wo in derartigen selbsttragenden Luftkabeln Metallröhrchen zur Aufnahme von optischen Fasern dienen, wobei diese Metallröhrchen in irgendeiner Form, sei es durch unmittelbaren Stromfluß oder durch Wärmeübertragung aus den benachbarten Draht lagen eine Temperaturerhöhung erfahren, die die Übertragungseigenschaften mitgeführter optischer Fasern beeinflussen können.

Claims (8)

1. Elektrisches Luftkabel mit im Verseilverband von elektrischen Leitern und zugfesten Tragelementen angeordneten Lichtwellenleiterelementen aus optische Fasern enthaltenden Metallröhrchen, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Metallröhrchen kunststoffummantelt sind.

2. Luftkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des Mantels ein hochtemperaturbeständiger Werkstoff ist.

3. Luftkabel nach- Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Kunststoff des Mantels ein Fluorpolymer ist.

4. Luftkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß der Mantel extrudiert ist.

5. Luftkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem gesinterten Pulverauftrag besteht.

6. Luftkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einer Bandbewicklung besteht.

7. Luftkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel als Trenn- oder elektrische Isolierschicht eine Wanddicke von 0,05-2,0, vorzugsweise 0,1-1,5 mm aufweist.

8. Luftkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß der Mantel als elektrische Isolierschicht und Wärmeisolierung eine Wanddicke von 0,05-4,0, vorzugsweise 1,0-3,0 mm beträgt.