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Elektrischer Leiter aus Drähten von Doppelmetall Die fürelektrische
Freileitungen am meisten verwendeten Metalle sind Kupfer und Aluminium. Letzteres
hat jedoch eine vrerhältnis,, mäßig geringe Zugfestigkeit, so daß es in vielen.
Fällen nicht allein, sondern in Verbindung mit Eisen angewendet wird (Stahlaluminiumseil).
Bei diesen Verbundleitern ist also Eisen im wesentlichen das tragende und Aluminium
das leitende Metall.
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In manchen Fällen reicht für Freileitungen. auch die Zugfestigkeit
von Kupfer, die ja erheblich höher ist als die des Aluminiums, nicht mehr aus, z.
B. bei großen Spannweiten. Hier verwendete man bisher gewöhnlich Bronze:, deren
Zugfestigkeit erheblich höher liegt als die des Kupfers. Eine Vereinigung von Eisen
und Kupfer ähnlich der von Eisen und Aluminium zu Verbundseilen ist nämlich nicht-
möglich mit Rücksicht auf die starken elektrolytischen Zerstörungen, die hierbei
eintreten würden.
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Es gibt allerdings eine Möglichkeit der Vereinigung von Eisen und
Kupfer, bei der :diese Gefahr ausgeschaltet wird. Das ist die Verwendung von Seilen
aus Doppelmietalldrähten, bei denen ein Kernmetall (Eisen) mit einem überzugmetall
(Kupfer) verschweißt ist. Da für die Lebensdauer der Doppelmetalldrähte in der Hauptsache
die Güte der Verschweißung der beiden Metalle ausschlaggebend ist, werden im Betrieb
für derartige Seile hauptsächlich Drähte aus dem unter dem Namen Kupferpanzerstahl
(K. P. S.) bekannt gewordenen Werkstoff verwendet, der nach dem in den deutschen
Patentschriften z07 86r;- --o8 769 und 305 56o beschriebenen Verfahren hergestellt
wird. An den Verbindungsstellen der Seilre kann durch Wahl richtiger Seilverbinder
der Zutritt der Feuchtigkeit ausgeschlossen und somit auch an den Schnittstellen
des Seils die elektrolytische Zerstörung verhindert werden. Solche Seile aus Doppelm:etälldrähten
haben aber den Nachteil, daß ihre Induktivität recht beträchtlich ist, d. h. also
ihr WecUselstromwiderstand ist höher als der für Gleichstrom. Und zwar beträgt die
Widerstandserhöhung ungefähr z5%. Sie ist also ziemlich @erheblich. Die Verwendung
von Seilen aus Doppelmetalldrähten wird demgemäß für die Leitung von Wechselstrom
erst dann, in größerem Umfange in Frage kommen, wenn es gelingt, diese Induktivität
zu vermindern.
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Bei dem Aufbau eines Seiles aus Einzeldrähten verschiedenen Werkstoffs
sind ferner außer deni elektrolytischen Verhalten und, soweit Eisen in Frage kommt,
außer der erhöhten Induktivität auch noch die Ausdehnungskennziffern der beiden
verschiedenen Metalle zu beachten. Ein ungünstiges elektroly:
i=ches
Verhalten vermindert die Lebensdauer der Seile. Eine erhebliche InduktivG.-tät erfordert
einen erheblich größeren Querschnitt, d. h. sie verteuert das Seil. Ein erheblicher
Unterschied in den Ausdehnungskennüffern der beiden Metalle führt zu Schwierigkeiten
an den Verbindungsstellen. Es müssen dann die beiden Metalle getrennt verbunden
werden, und nur seins .derselben; kann als tragend angenommen werden.
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Blei der bekannten Verbundanwendung von Eisen und Aluminium ist die
Gefahr der Zerstörung durch Elektrolyse sehr gering. Das ist darauf zurückzuführen,
daß die Eisendrähte in verzinktem Zustande verwendet werden. Zink steht aber in
der elektrolytischen Spannungsreihe ganz nahe bei Aluminium, so daß der Spannungsunterschied
zwischen beiden sehr gering ist. Da auch Eisen ziemlich nahe bei Aluminium steht,
würde selbst bei dem Abblättern kleiner Teile der Zinkschicht noch keine erhebliche
Gefahr reintreten. Kupfer steht aber sehr weit von Eisen sowohl wie von Zink, so
daß eine einfache Verbundanwendung von Eisen: und Kupfer einen erheblichen Spannungsuntexschied
und damit auch starke elektrolytische Zerstörungen ergeben würde.
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Hinsichtlich der Induktivität ist die Verbundanwendung von Eisen und
Aluminium sehr günstig, da man Eisen innen und Aluminium außen. verwenden kann.
Es kann sich dann kein erheblicher Kraftlinienschluß, um die Stromleiter bilden;
wie aus E. T. Z. 19'z6 S. 5o5 hervorgeht, ist die Induktivitäteines richtig gebauten
Eisen-Aluminium-Seiles sehr gering. Die Widerstandserhöhung bei. Wechselstrom gegenüber
Gleichstrom beträgt nur ungefähr i bis 2 % . Nur vorn Standpunkte der Induktivität
aus betrachtet, würde auch ein Aufbau des Leiters aus Eisendrähten und Kupferdrähten
möglich sein und ebenfalls eine so niedrige Erhöhung des Widerstandes bei Wechselstrom
gegenüber Gleichstrom ergeben, vorausgesetzt, daß im Leiter die Eisendrähte und
die Kupferdrähte richtig angeordnet sind.
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Betrachtet man die Ausdehnung der verschiedenen Leiter, so ergibt
sich, daß die Verbundanwendung von Eisendrähten und Aluminiumdrähten sehr ungünstig
wirkt. Die Wärmeausdehnungskennziffer von Eisen ist 1,22 X 1O-5, .die des Aluminiums
beträgt 2,3 X 10-5, ist also fast doppelt so groß. Eis,en-Aluminium-Seile müssen
daher so verbunden werden, daß der Kern aus Eisendrähten und der Mantel aus Aluminiumdrähten
vollständig getrennt behandelt werden. Die Verbinder für solche Seile sind also
sehr verwickelt. Wollte man zusammen aus Eisendrähten und Kupferdrähten aufgebaute
Seile herstellen, so würde auch eine getrennte Verbindung beider Leitermetalle notwendig
werden, weil die Wärmeausdehnungskennziffer von Kupfer ungefähr 47 X i o-5, beträgt,
d. h. G.00/0 größer als die des Eisens ist.
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Aus Vorstehendem ,ersieht man, daß aus Eisendrähten und Aluminiumdrähten
gebildete Seile Schwierigkeiüen hinsichtlich der Verbinder verursachen, in bezug
auf Induktivität und auf Elektrolyse sich aber verhältnismäßig günstig verhalten.
Aus Eisendrähten und Kupferdrähten aufgebaute Seile sind dagegen zwar günstig in
bezug auf Induktivität, aber ungünstig in bezug auf Elektrolyse und Wärmeausdehnung
(Verbinder). Seile der letzteren Bauart werden also technisch kaum verwendbar sein.
Dagegen sind Seile; aus Doppelmetalldrähten überhaupt nicht der Gefahr der elektrolytischen
Zerstörung ausgiesetzt. Ebenso können sie, weil die Ausdehnungskennziffer aller
Einzeldrähte gleich ist, in einfachster Weise verbunden werden. Sie haben aber,
wie bereits erwähnt, leine ziemlich große Induktivität. Man hat nun versucht, diesen
Nachteil dadurch zu vermeiden, daß man eine Anzahl von Drähten aus DoppelmetaU mit
einer Anzahl von Kupferdrähten oder mit Eisendrähten verseilte. Das kann z. B. bei
.einem i 9 ,drahtigen Seile in der Weise geschehen, daß man nur die inneren 7 Drähte
aus Doppelmetall macht und die äußeren 12 Drähte aus Kupfer, wobei also die inneren
7 Drähte als Tragdrähte, die äußeren 12 Kupferdnähte im wesentlichen als Leitungsdrähte
wirken. Man kann aber auch die inneren 7 Drähte aus Eisen, die äußeren 12 Drähte
aus Doppelmetall herstellen. Auch. dann würden. itn: wesentlichen die äußeren 12
Drähte die leitenden sein. Die Induktivität ist in beiden. Fällen verhältnismäßig
niedrig. Diese beiden Verbundstille haben aber erhebliche Fehler. Das erste verhält
sich zwar in b@ezug auf Elektrolyse günstig, weil alle verwendeten Leiber an ihrer
Oberfläche nur Kupferenthalten; .ein Spannungsunterschied ist also nicht gegeben.
Die Wärm-eausdehnung ist aber bei den äußeren Kupferdrähten um q.0% größer als bei
den inneren. Doppelmetalldrähten, denn die Wärmeaus:d:ehnungskemiziffer z. B. von
Kupferpauzerstahl ist gleich der von Eisen; d. h.= 1,22X i o-5. Das zweite Verbundseil
(innen Eisen, außen Doppelmetall) verhält sich in bezug auf Elektrolyse sehr schlecht,
weil Eisen und Kupfer leinen sehr großen Spannungsunterschied aufweisen. Es ist
günstig in bezug auf Ausdehnung, denn diese ist bei Eisen und Doppelmetall gleich.
Es verhält sieh ferner ziemlich günstig in b;ezug auf Induktivität; denn der wesentlichste
Teil des Stromes fließt in der äußeren Lage des Leiters. Ungünstig ist
dieses
Verbundseil ferner -in bezug auf die Leitfähigkeit, denn die der Eisendrähte ist
schlecht und die Leitfähigkeit der gewöhnlichen Doppehnetalldrähte ist auch verhältnismäßig
gering.
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Durch die Erfindung gelingt es, alle diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
Der Leiter gemäß der Erfindung besteht aus Doppelmetalldrähten. Die Stärke der überzugsmetallschicht
dieser Drähte wird jedoch verschieden gewählt, und zwar liegen im, Innern des Leiters
Drähte finit dünner und an der Oberfläche des Leiters Drähte mit dicker Schicht
von überzugsmetall. In den Abb. i und 2 sind Querschnitte des neuen Leiters dargestellt.
In dem Querschnitt nach Abb. i hat der innerste- Draht a die schwächste, die Drähte
der Lage b haben eine etwas stärkere und die Drähte der äußersten Lage c eine sehr
kräftige Schicht von überzugsmetall. Für den Leiter nach Abb. 2 sind nur zwei verschiedene
Sorten von Doppelmetalldrähten verwendet worden. Die Drähte d mit der dünnen
überzugsmetallschicht liegen im Innern, die Drähte f mit der stärkeren Schicht an
der Oberfläche des Leiters.
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In der Regel werden für den neuen Leiter Doppelmetalldrähte aus Kupfer
(Überzugsmetall) und Eisen (Kernmetall), insbesondere aus Kupferpanzerstahl verwendet.
Doch kommen in besonderen Fällen auch andere Doppelmetalle, z. B. Aluminium und
Eisen u. dgi., in Frage.
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Natürlich braucht der Leiter gemäß der Erfindung nicht ausschließlich
aus Runddrähten zu bestehen, er kann auch aus unrunden Drähten oder Verbindungen
von Runddrähten und/oder urirunden Drähten bestehen. Auch auf Hohlseile, die aus
mehr als einer Lage von Drähten angefertigt werden, ist der Erfindungsgedanke anwendbar.
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An den Leitern gemäß der Erfindung können keine elektrolytischen Zerstörungen
auftreten, da ja alle Einzeldrähte außen z. B. nur Kupfer haben. Die Leiter zeigen
ferner keine Schwierigkeiten in bezug auf Wärmeausdehnung, da Doppelmetalle z. B.
mit Eisenkern und verschiedenem Kupfergehalt gleiche Wärmeausdehnung besitzen. Ferner
sind die Leiter gemäß der Erfindung in bezug auf Induktivität bedeutend günstiger
als z. B. ein Seil, das aus mehreren Lagen von gleichen Doppelmetalldrähten besteht,
und zwar aus folgenden Gründen: Erstens haben bei dem Leiter gemäß der Erfindung
.die inneren Einzeldrähte, da sie vorwiegend aus Eisen bestehen, einen hohen Widerstand,
d. h. der Strom fließt im wesentlichen in der äußeren Schicht. Zweitens ist aber
auch der magnetische Schluß der äußeren Schicht, weil in dieser der Eisengehalt
klein ist, schlecht. Diese beiden Tatsachen bewirken, daß die Induktivität der neuen
Seile nur i,o5 - i, i beträgt. Die Verwendung der neuen Leiter nach Abb. i und 2
kommt auch fürLeitungen mit sehr hohen Spannungen besonders deswegen in Frage, weil
die Oberfläche des Leiters sehr groß ist (was ja zum Zwecke der Verminderung von
Koronaverlusten notwendig ist), seine Festigkeit erheblich ist, keine Gefahr der
Elektrolyse besteht, und einfache Verbindungen ausführbar sind. Besonders zweckmäßig
sind die neuen Leiter für Freileitungen mit großen Spannweiten.
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Die Ausführung der Leiter aus Doppel-. metalldrähten mit möglichst
viel Eisen innen und möglichst viel Kupfer außen zwecks Veruninderung der Induktivität
könnte auch noch dadurch in bezug auf Induktivität verbessert werden, daß diese
Seile im Kreuzschlag ausgeführt werden, so daß also der magnetische Schluß noch
weiter verschlechtert wird.