DE570439C - Seekabel mit stetig induktiv belastetem Hinleiter und verschiedenen Rueckstromwegen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kabel mit einem ununterbrochen belasteten Signalleiter. Ein Zweck der Erfindung ist, die Energieverluste in solchen Seekabeln zu verringern. Insbesondere bezweckt die Erfindung, den Widerstand in der Rückleitung ununterbrochen belasteter Signalkabel herabzusetzen. Gemäß der Erfindung wird in einem ununterbrochen belasteten Signalkabel die axiale Komponente des magnetischen Kraftflusses erhöht, um die Ströme in den verschiedenen Rückleitern so nahe wie möglich in Phase miteinander zu bringen.

In stetig belasteten Kabeln ist außer derjenigen Komponente des magnetischen Flus-■ses, die den Leiter umkreist und seine Induktanz erhöht, eine weitere Flußkomponente vorhanden, welche parallel zur Leiterachse verläuft. Diese Flußkomponente wird dadurch hervorgerufen, daß der magnetische Fluß den Windungen des Belastungsmaterials folgt, welches im allgemeinen in der Form eines Bandes oder Drahtes aufgewickelt ist. Auf Grund dieser axialen Flußkomponente werden in den den Kern umgebenden leitenden Kabelteilen elektromotorische Kräfte induziert, wodurch Energieverluste entstehen, die den effektiven elektrischen Widerstand des Stromkreises erhöhen.

Für die Küstenabschnitte von Kabeln, bei denen die Guttaperchaisolation mit einer Wurmschutzbewicklung versehen ist, ist schon vorgeschlagen worden, zwecks Verringerung der obenerwähnten Verluste das Wurmschutzband aus einem Material herzustellen, welches einen hohen spezifischen Widerstand besitzt. Bei diesem älteren, bekannten Verfahren werden ferner benachbarte Windungen des Bandes isoliert, und seine Steigung wird hochgewählt. ·

Es wurde aber jetzt gefunden, daß es vorteilhaft ist, eine unausgeglichene magnetische Komponente des Flusses in den Belastungsbändern im Kabel dazu zu verwenden, den Scheinwiderstand derjenigen Leiter, die den Rückstrom führen (Rückleiterdrähte und parallel dazu das Seewasser), herabzusetzen. Damit wird der Wirkungsgrad der Übertragung erhöht. Es ist somit eine verstärkte Axialkomponente des magnetischen Flusses erwünscht. Dies ist möglich, weil die Rückleiter in Schraubenform auf der Außenseite

der magnetischen Bänder liegen, die als Belastung für den Innen- oder Mittelleiter dienen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Erhöhung der axialen Flußkomponente dadurch erreicht, daß die parallelen Rückleiterdrähte, die den Hauptanteil des Rückstromes führen, in einer Richtung entgegengesetzt zur Wickelrichtung des Belastungsverbandes aufgelegt werden. Wird ein Wurmschutzband verwendet, so können dieses Band und der wichtigste Rückleiter schraubenförmig in derselben Richtung, aber entgegengesetzt zum Belastungsband, aufgewickelt werden. Durch diese Vorkehrung werden die Phasen der Ströme in den Rückleiterdrähten einerseits und im Seewasser und in den Bewehrungsdrähten andererseits im wesentlichen gleichgemacht. Wenn die axiale Flußkomponente nicht in hinreichender Größe vorhanden wäre, würde diese Phasengleichheit nicht zustande kommen.

Gemäß der Erfindung kann die durch den Strom im Mittelleiter hervorgerufene axiale Komponente des Flusses in dem Belastungsband dadurch erhöht werden, daß die Permeabilität, die Stärke oder die Steigung des Belastungsbandes oder sämtliche dieser Größen erhöht werden. Die Wirkung der axialen Komponente des Flusses in der Belastungsschicht kann auch dadurch geändert werden, daß der Wicklungssinn und die Windungszahl je Längeneinheit der Rückleiter geändert werden. Wenn die Anzahl und Richtung der Windungen in zweckmäßiger Weise gewählt werden, wird die reaktive Komponente der Impedanz der Bewehrungsdrähte erhöht, und die Ströme in den Bewehrungsdrähten und dem Seewasser werden in Phase miteinander gebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Abb. ι zeigt schematisch einen Teil eines ununterbrochen belasteten Leiters, der von einem schraubenförmig gewickelten konzentrischen Rückleiter umgeben ist.

Abb. 2 zeigt ein Kabel gemäß> der Erfindung in Seitenansicht. Verschiedene Teile des Kabels sind entfernt worden, damit die wichtigeren Schichten sichtbar sind.

Abb. 3 zeigt ein Kabel gemäß der Erfindung mit Wurmschutzband und zwei Belastungsbändern.

Nach Abb. 1 ist der Leiter 12 mit einer ununterbrochenen Belastung 10 versehen. Die Belastung ist in der Form eines Bandes aufgetragen. Wenn angenommen wird, daß die Ströme im Mittelleiter 12 und in dem schraubenförmigen Rückleiter 13 die durch Pfeile angedeuteten Richtungen haben, so erhält man für den Stromkreis, der den Mittelleiter, den Rückleiter 13 und einen zweiten, parallel geschalteten, aber nicht schraubenförmigen Rückleiter (z. B. das Seewasser) umfaßt, die folgenden Gleichungen (vgl: z.B. Bell, System Technical Journal 1922, Bd. 1, Nr. 1, S. 88):

— ZJi₁

(1)

In diesen Gleichungen ist e die aufgedrückte elektromotorische Kraft; Z₁, Z₂ und Z₃ sind die Impedanzen des Mittelleiters und der beiden Rückleiter, nämlich der Drähte 13 (Z₂) und der Seewasserrückleitung (Z₃), und I₁, i_s, i_s sind die entsprechenden Ströme.; n₂ ist die Windungszahl je Zentimeter des Rückleiters 13; Φ_χ ist die axiale Flußkomponente, die der Strom im Mittelleiter hervorruft, und j ist der imaginäre Operator γ~ΐ; p ist die Größe 2 π f, in welcher / die Frequenz des Flusses Φ_χ bezeichnet.

Die zuletzt erwähnte Größe kann auch wie folgt ausgedrückt werden:

φ_χ = 2πμί_λί sin2α = Ai₁. (2) ^8s

In dieser Gleichung sind μ die Permeabilität, t die Stärke und α der Schlagwinkel des Belastungsmaterials. A bezeichnet die Größe 2πμί sin 2 α. Wenn diese Gleichungen aufgelöst werden, um die wirksame Impedanz des

Stromkreises — zu erhalten, so erhält man: h

worm

AZ

■iPn-2

(3)

(4)

Δ Z ist die Impedanzzunahme, die durch die ioo Axialkomponente hervorgerufen wird. Die beiden ersten Ausdrücke in Gl. (3) stellen die Impedanz des Stromkreises dar, wenn keine axiale Komponente vorhanden ist. Der zweite Ausdruck bezeichnet die Impedanz des Leiters 13 und der Seewasserrückleitung in Parallelschaltung. Je nach der relativen Größe der reellen und imaginären Komponenten von Z₂ und Z₃ und dem Vorzeichen von Ji₂ ist die Widerstandszunahme Δ Ζ positiv oder negativ. M₂ wird als positiv gerechnet, wenn das Belastungsmaterial und der schraubenförmige Rückleiter in derselben Richtung gewickelt sind.

Als Beweis für die Vorteile, die die Erfindung mit sich bringt, soll erwähnt werden, daß bei einem Seetelegraphenkabel pn_aA = 0,16 und die Widerstandserhöhung je Seemeile 0,031 Ohm war. Hierbei wurde angenommen, daß die Impedanz der Bewehrungsdrähte Z₂ = 5 und die Impedanz des Seewassers Z₃ = j war.

Dies entspricht dem Fall, in welchem das Belastungsmaterial und die Bewehrungsdrähte in derselben Richtung gewickelt werden (und M₂ deshalb positiv ist). Ist aber die Bewehrung entgegengesetzt der Belastung gewickelt (also M₂ negativ;, so beträgt die Widerstandsabnahme — 0,031 Ohm/Seemeile. Der Widerstand in der Rückleitung ist somit um etwa io°/₀ verringert.

to Aus Gl. (1) ergibt sich, daß, wenn M₂ negativ ist (also die Bewehrungsdrähte entgegengesetzt der Belastung gewickelt sind;, dieselbe Wirkung hervorgerufen wird, wie wenn die rückwirkende Komponente der Impedanz die Bewehrungsdrähte erhöht wird. Durch diese Maßnahme können die Ströme in den Bewehrungsdrähten und im Seewasser in Phase miteinander gebracht werden. Wenn zwei Schichten von Belastungsbändern oder Drähten vorhanden sind, die in entgegengesetzten Richtungen gewickelt, aber mit Bezug auf die axiale Komponente des magnetischen Flusses nicht abgeglichen sind, so muß der Rückleiter entgegengesetzt derjenigen Schicht gewickelt werden, welche den überschüssigen axialen Fluß erzeugt.

Aus Gl. (2) geht hervor, daß die Größe von A dadurch geregelt werden kann, daß die Permeabilität oder die Stärke oder der Schlagwinkel des Belastungsbandes o. dgl. geändert wird, weil Veränderungen dieser Größen den Widerstand des Mittelleiters beeinflussen.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Der Mittelleiter 20 ist von Deckleitern 21 umgeben, welche dicht an dem Mittelleiter 20 anliegen. Auf diesem zusammengesetzten Leiter ist das Belastungsmaterial angebracht, welches die Form eines Bandes 22 hat. Der belastete Leiter ist mit einer Isolierhütte 23 umgeben, die eine Schutzschicht aus Jute 24 trägt. Ein weiterer Schutz wird durch die Bewehrungsdrähte 25 gewährt, welche ebenfalls in Jute 26 eingebettet sind.

Die Bewehrungsdrähte 25 dienen hier als Riickleiter. Wie aus der Abbildung ersichtlich, sind die Bewehrungsdrähte 25 und die Belastungsbänder 22 in entgegengesetzten Richtungen gewickelt.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise umgeformt werden. Wenn beispielsweise bei dem in Abb. 3 dargestellten Kabel ein Wurmschutzband 31 verwendet wird, müßten Bewehrungsdrähte und Wurmschutzband in derselben Richtung um den Leiter gelegt werden, während die Belastungsbänder in der entgegengesetzten Richtung gewickelt werden müßten. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß der wichtigste Riickleiter entgegengesetzt den Belastungsbändern gewickelt wird.

Der in, der Beschreibung benutzte Ausdruck »Band« umfaßt auch, ähnliche langgestreckte Körper, beispielsweise Streifen oder Drähte.

Claims (3)

Patentansprüche: g

1. Seekabel mit stetig induktiv belastetem Hinleiter und verschiedenen Rückstromwegen, von denen der hauptsächliche Rückstromweg die Form eines Schraubenleiters hat, dadurch gekennzeichnet, daß der hauptsächliche Rückleiter entgegengesetzt dem Wicklungssinne der magnetischen Bänder gewickelt ist, und daß der Querschnitt und (oder) die magnetischen Eigenschaften und (oderJ der Drall der magnetischen Bänder derart gewählt sind, daß die (stets vorhandene) axial gerichtete magnetische Flußkomponente nach Größe und Vorzeichen so groß ist, daß die Ströme in den Rückleiterbahnen so nahe wie möglich in Phase sind.

2. Seekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile der Rückleitung einschließlich des Wurmschutzbandes, der Bewehrungsdrähte entgegengesetzt den magnetischen Bändern gewickelt sind.

3. Seekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Querschnitte und die Steigung der außenliegenden Schraubenwindungen der Rückleitung derart gewählt sind, daß die Ströme in den Rückleitern so nahe wie möglich in Phase miteinander sind.

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