DE4424007A1 - Freileitungsseile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Freileitungsseil, insbesondere für Hochspannungsfreileitungen, mit einem aus Aluminiumdrähten ge­ bildeten Leiter und einem aus Carbonfasern gebildeten Tragele­ ment.

Freileitungen werden seit langem mit Freileitungsseilen aus Kup­ ferdrähten oder aus Verbundseilen, die aus Aluminium- und Stahl­ drähten gefertigt sind, gebaut. Die Verwendung von Kupferseilen ist aufgrund des hohen Gewichtes und des höheren Preises im Ver­ gleich mit Aluminium weitgehend auf den Niederspannungsbereich beschränkt, wobei der bessere Leitwert gegenüber Aluminium sich als vorteilhaft erweist. Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit wird der Querschnitt eines Aluminiumseils größer.

Bei großen Abspannweiten kommen überwiegend Aluminium-Stahl-Ver­ bundseile zum Einsatz, wobei durch die Stahlseele die mechani­ sche Festigkeit des Verbundseiles erhöht wird.

Allerdings weisen Stahl-Aluminium-Verbundseile einen großen Durchhang zwischen zwei Abspannpunkten auf wegen des erheblichen Gewichtes der Stahlseele, die relativ schwer ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß wegen der unzureichenden Schwin­ gungsfestigkeit des Stahls dessen maximale Zugfestigkeit nicht voll genutzt werden kann.

Als Alternative sind Verbundseile mit Aluminium als Leiter und mit Carbonfasern (Kohlenstoffasern) als Tragelement vorgeschla­ gen worden. Mit solchen Seilen läßt sich bei gleichem Matabstand ein wesentlich geringerer Durchdrang erzielen. Hier sind aller­ dings als bislang ungelöstes Problem die unterschiedlichen Dehn­ grenzen (Al 0,1%; C 1,2%) bei der elastischen Dehnung sowie unterschiedlich große thermisch induzierte Dehnung der beiden Werkstoffe zu verzeichnen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Freileitungsseil der eingangs genannten Art an­ zugeben, das den unterschiedlichen thermischen und elastischen Dehnungskennwerten Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dementsprechend ist vor­ gesehen, daß der Leiter und das Tragelement koaxial zueinander, derart angeordnet sind, daß ein Drahtkreis aus Leiterdrähten ge­ bildet ist und daß der Drahtkreisradius der Al-Leiter sich unter Zug verringern kann. Mit anderen Worten ist vorgesehen, daß wahlweise der Leiter oder das Tragelement eine Hüllstruktur bil­ den, die das innenangeordnete Tragelement bzw. den Leiter vollumfänglich umfaßt, wobei die einzelnen Leiterdrähte einen gewissen Abstand voneinander haben, der sich unter Zug verrin­ gert.

Dazu ist vorgesehen, daß der Leiter aus Einzelseilen besteht, die mit einer ersten Schlaghöhe (h₁) verseilt sind, und daß das Tragelement aus Carbonfaserdrähten gebildet ist, die mit einer zweiten Schlaghöhe (h₂) verseilt sind, die viel größer ist als die Schlaghöhe (h₁).

Hierdurch wird erreicht, daß bei den erfindungsgemäß aus unter­ schiedlichem Werkstoffen zusammengesetzten Verbundseilen die aus dem unterschiedlichen Dehnungsverhalten resultierenden Formände­ rungen, insbesondere Längenänderungen, ohne schädliche Auswir­ kungen auf die Funktion und Betriebssicherheit aufgefangen wer­ den.

Ein Begleitproblem bei der erfindungsgemäßen Konstruktion des Freileitungsseiles kann daraus resultieren, daß wegen der unter­ schiedlichen Dehnung des innenliegenden Tragelements gegenüber dem außen befindlichen Leiter sich dieser stärker längt, was mangels eines Längenausgleichs zum örtlichen Aufbauchen oder zur Aufkorbung führt. Der Begriff Aufkorbung beruht auf dem korbähn­ lichen Aussehen des örtlich aufgebauchten Leiters. Die ver­ schiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter­ scheiden sich auch in der Art und Weise, wie eine solche Aufkor­ bung vermieden wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tragelement als zentrale Seele vorgesehen ist, die vom Leiter konzentrisch im variablem Abstand umfaßt ist, das heißt, daß der Leiter das zentrale Tragelement vorzugs­ weise schraubenförmig umfaßt.

Um eine Aufkorbung zu vermeiden, ist in weiterer Verbesserung der Erfindung vorgesehen, daß der Leiter abschnittsweise mit dem Tragelement längsgekoppelt ist. Dabei kann die Längskoppelung des Leiters mit dem Tragelement durch abschnittweises enges Schlagen des Leiters, das heißt ohne Spalt, um das Tragelement vorgesehen sein.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Tragelement und der Leiter als Hohlseil ausgebildet sind.

Dabei kann das Tragelement als innenliegendes Hohlseil ausgebil­ det sein, welches von dem außenliegenden Leiter umfaßt ist. Als Alternative hierzu kann es jedoch auch günstig sein, daß der Leiter als innenliegendes Hohlseil ausgebildet ist, welches von dem außenliegenden Tragelement umfaßt ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiter mehrlagig ausgebildet ist, wobei in be­ vorzugter Weise der innenliegende Leiter eine erste Lage bildet, die vom Tragelement umfaßt ist, und das Tragelement von einer zweiten außenliegenden Lage des Leiters umfaßt ist.

Um auch bei dieser Konstruktionsvariante die bereits erwähnte Aufkorbung zu vermeiden, ist vorteilhafterweise das Tragelement zwischen der innenliegenden ersten Lage des Leiters und der außenliegenden zweiten Lage über die ganze Seillänge einge­ klemmt.

Bei der Ausführungsform mit außenliegendem Tragelement besteht eine Möglichkeit, eine Längskoppelung zu bewirken, das heißt, die aufgrund des unterschiedlichen Dehnungsverhaltens des Werk­ stoffs für den Leiter und des Werkstoffs für das Tragelement entstehenden Längenänderungen zu kompensieren, darin, das Trag­ element bzw. die hierzu verwendeten Carbonfaser-Drähte und die Leiterdrähte mit unterschiedlicher Schlaghöhe zu verseilen. Da­ bei wird für die Carbonfaser-Drähte eine wesentlich größere Schlaghöhe als für die Einzeldrähte des Leiters vorgesehen. Hierdurch wird ein Unterdruck der Tragelemente auf die Leiter­ seile bewirkt, der verhindert, daß sich Tragelement und Leiter gegenseitig in Längsrichtung verschieben.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver­ besserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein Freileitungsseil mit zen­ tralem Tragelement,

Fig. 2: einen Längsschnitt durch ein Seil gemäß Fig. 1 mit eine Längskoppelungsstelle,

Fig. 3: einen Querschnitt durch ein als Hohlseil ausgebildetes Freileitungsseil mit zweilagigem Leiter und zwischen­ gefügtem Tragelement,

Fig. 4: einen Querschnitt durch ein als Hohlseil ausgebildetes Freileitungsseil mit außenliegendem Tragelement.

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch ein Freileitungsseil 10 ge­ zeigt, das aus einem aus Carbonfasern gebildeten Tragelement 12 und einem Leiter 14 zusammengesetzt ist, der von einzelnen aus verseilten Aluminiumdrähten gebildeten Einzelseilen 15, 16 be­ steht. Das Tragelement 12 besteht aus Carbonfasern, die zu Car­ bonfaser-Drähten verseilt sind und die Seele des Freileitungs­ seiles 10 bilden, während der Leiter 14 von zwei Lagen 17, 18 unterschiedlich dicker Einzelseile 15 und 16 gebildet ist.

Wie in der Darstellung gemäß Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind die beiden Lagen 17, 18 der Einzelseile 15, 16 eng aneinander­ liegend angeordnet, während zwischen der inneren Lage 17 der Einzelseile 16 des Leiters 14 und dem Tragelement 12 ein Zwi­ schenraum 19 vorgesehen ist. Durch die Verseilung der Al-Leiter­ drähte 15, 16 mit einer Schlaghöhe h, wobei h vorzugsweise zwi­ schen 0,1 m und 10 m liegt, kann daher eine Längung des Leiters 14 ohne Dehnung des Al erfolgen.

Unter Schlaghöhe ist hier entsprechend der Steigung bei Gewinden der axiale Abstand zu verstehen, welcher für eine Windung er­ reicht wird, das heißt, je kleiner die Schlaghöhe um so geringer ist die Steigung, mit der sich das außenliegende Leiterseil um den innenliegenden Kern windet.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann es vor­ teilhaft sein, den Zwischenraum 19 zwischen dem Leiter 14 und dem Tragelement 12 nur in bestimmten Abschnitten vorzusehen, die jeweils durch eine sogenannte Längskoppelungsstelle 11 begrenzt sind, die in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigt ist. Hierdurch wird eine sogenannte Aufkorbung des Leiters 14 verhindert, bei der der Leiter 14 sich infolge unterschiedlicher Längenänderung örtlich aufbaucht.

Die Längskoppelungsstellen 11 werden dadurch gebildet, daß an diesen Stelle der Leiter 14 mit engem Schlag um die vom Tragele­ ment 12 gebildete Leitungsseele verseilt wird.

In Fig. 3 ist ein als Hohlseil ausgebildetes Freileitungsseil 20 im Querschnitt gezeigt, das ein einlagiges Tragelement 22 und einen aus zwei Lagen 27, 28 von Einzelseilen 25, 26 gebildeten Leiter 24 aufweist, wobei die innenbefindliche Lage 27 einen zentralen Hohlraum 29 begrenzt.

Das Tragelement 22 ist bei dieser Ausführungsform zwischen der inneren Lage 27 und der äußeren Lage 28 des Leiters 24 einge­ klemmt, so daß ein inniger Kontakt zwischen dem Tragelement 22 und dem Leiter 24 besteht. Durch die Verseilung des Al-Leiters mit einer Schlaghöhe h, kann die Längung des Leiters wieder ohne Dehnung des Al erfolgen. Der Kontakt zwischen Tragelement 22 und Leiter 24 verhindert eine gegenseitige Verschiebung in Längs­ richtung und damit eine Aufkorbung des Leiters.

In Fig. 4 schließlich ist eine dritte Ausführungsform für ein ebenfalls als Hohlseil ausgebildetes Freileitungsseil 30 gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem ein einlagiges Tragele­ ment 32 die Außenlage bildet und den einlagig aus Einzelseilen 36 gebildeten Leiter 34 umschließt. In diesem Fall begrenzt der Leiter ebenfalls einen zentralen Hohlraum 39, der bei Zug Raum für eine Radiusverminderung bietet.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Freileitungsseils kann darin bestehen, daß das aus einzelnen Carbonfasern zusammenge­ setzte Tragelement 22 oder 32 aus gegeneinander gerichteten Car­ bonfaser-Drähten gebildet ist, ähnlich einem Netz, das im Fall der Ausführung entsprechend Fig. 3 die innenliegende Lage 27 des Leiters 24 umschließt und gleichzeitig für die äußere Lage 28 eine ausreichende Abstützung gewährleistet.

Im Falle der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 4 hält das "netzförmig" ausgestaltete Tragelement 32 den innen befindlichen Leiter 34 wie ein Strumpf und nimmt hierbei die anfallenden Kräfte auf, ohne diese auf den Leiter 34 abzutragen.

Claims (13)

1. Freileitungsseil (10, 20, 30), insbesondere für Hochspannungsfreileitungen, mit einem aus Aluminiumdrähten ge­ bildeten Leiter (14, 24, 34) und einem aus Carbonfasern gebilde­ ten Tragelement (12, 22, 32), dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14, 24, 34) und das Tragelement (12, 22, 32) koaxial zu­ einander, derart angeordnet sind, daß ein Drahtkreis aus den Leiterdrähten gebildet ist und daß sich der Drahtkreisradius der Leiterdrähte (17, 18, 27, 28, 36) unter Zug verringert.

2. Seil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14, 24, 34) aus Einzelseilen (15, 16, 25, 26, 36) be­ steht, die mit einer ersten Schlaghöhe (h₁) verseilt sind, und daß das Tragelement (12, 22, 32) aus Carbonfaserdrähten gebildet ist, die mit einer zweiten Schlaghöhe (h₂) verseilt sind, die viel größer als die Schlaghöhe h₁ ist.

3. Seil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (12) als zentrale Seele vorgesehen ist, die vom Lei­ ter (14) konzentrisch mit variablem Abstand (19) umfaßt ist.

4. Seil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (14) das zentrale Tragelement (12) schraubenför­ mig umfaßt.

5. Seil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufkorbung des Leiters (14) vermieden ist, indem der Leiter (14) abschnittweise mit dem Tragelement (12) längsgekop­ pelt ist.

6. Seil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskoppelung des Leiters (14) mit dem Tragelement (12) durch abschnittweises Schlagen des Leiters (14) ohne Spalt um das Tragelement (12) vorgesehen ist.

7. Seil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (22, 32) und der Leiter (24, 34) als Hohl­ seil ausgebildet sind.

8. Seil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (22, 32) als innenliegendes Hohlseil ausgebildet ist, welches von dem außenliegenden Leiter (24, 34) umfaßt ist.

9. Seil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (24, 34) als innenliegendes Hohlseil ausgebildet ist, welches von dem außenliegenden Tragelement (22, 32) umfaßt ist.

10. Seil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leiter (14, 24, 34) mehrlagig ausgebildet ist.

11. Seil nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innenliegende Leiter (24) eine erste Lage (27) bildet, die vom Tragelement (22) umfaßt ist, und daß das Tragelement (22) von einer zweiten außenliegenden Lage (28) des Leiters (24) umfaßt ist.

12. Seil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Aufkorbung das Tragelement (22) zwischen der innenliegenden ersten Lage (27) des Leiters (24) und der außen­ liegenden zweiten Lage (28) über die ganze Seillänge eingeklemmt ist.

13. Seil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Aufkorbung das Tragele­ ment (32) und der Leiter (34) längsgekoppelt sind durch ein Ver­ seilen des Tragelements (32) mit einer Schlaghöhe h₂, die viel größer ist als die Schlaghöhe h₁, mit der die Al-Leiter verseilt sind.