DE588657C - Elektrisches Mehrleiterstarkstromkabel fuer Wechselstrom - Google Patents

Description

Es ist lange bekannt, daß die Verluste in elektrischen Mehrleiterstarkstromkabeln, wenn diese zur Übertragung von Wechselströmen dienen, insbesondere bei verhältnismäßig starken Leiterquerschnitten und den üblichen Mehrphasenspannungen, wesentlich größer sind, als dem Gleichstromwiderstand der Leiter entspricht. Die gebräuchlichen Mehrphasenkabel enthalten vielfach drei voneinander isolierte Leiter, von denen jeder eine elektrostatische Abschirmung besitzt. Die Zwischenräume zwischen denlsolierungen der einzelnen Adern sind durch Füllkörper (Beilauf) ausgefüllt. Um das Aufspreizen der Adern zu verhindern, wird um diese ein Band herumgewickelt. Auf diesem Band wird dann ein das Kabel vollständig umschließender Mantel vorgesehen. Da es auf die Zugfestigkeit des die Adern zusammenhaltenden Bandes ankommt, wurde hierfür im allgemeinen gewöhnliches Stahlband genommen. Bisher hat man den magnetischen bzw. elektrischen Eigenschaften des Stahles dieses Stahlbandes oder den verschiedenartigen magnetischen Wirkungen, die sich bei Anwendung eines verschiedenen Aufbaues des Kabels ergeben, keine Beachtung geschenkt. Obwohl die Bänder aus magnetischem Material bestanden und die Leiter umgaben, nahm man an, daß die magnetischen Wirkungen der Leiter ausgeglichen würden, da die durch die Leiter fließenden Ströme in den drei Phasen verkettet sind.

Seit einiger Zeit weiß man, daß diese Stahlbänder, wie sie bisher ausgebildet und benutzt wurden, den Grund für die beträchtlichen Wechselstromverluste bilden. Hierdurch ist die Frage aufgeworfen worden, vollkommen auf Stahlbänder zu verzichten und an ihrer Stelle Bänder aus nichtmagnetischem Material, wie Kupfer oder Phosphorbronze, zu benutzen. Diese Bänder schirmen jedoch die magnetischen Felder, welche von den durch die Leiter fließenden Strömen induziert werden, nicht ab, und deshalb werden die Verluste im Bleimantel und in der Bewehrung größer als bei Verwendung magnetischer Bänder, da die Wirbelstromverluste größer sind; die Gesamtwechselstromverluste werden allerdings geringer als bei magnetischen Bändern. Wenn ein Mehrleiterkabel mit oder ohne Abschirmung mehrphasig belastet wird, · entsteht ein induzierter Wechselstromveiiust in dem Metallmantel, welcher beispielsweise aus Blei besteht, obwohl bisher angenommen wurde, daß bei symmetrischer Anordnung der Leiter sich das Mehrphasenfeld annähernd ausgleicht. Die Verluste im Kabelmantel

entstehen deshalb, weil jeder einzelne Leiter exzentrisch zum Mantel angeordnet ist und der magnetische Fluß bzw. das Feld, welches den Leiter umgibt, durch den Mantel des Kabels hindurch ins Freie geht und dann wieder zurück durch den Mantel in das Innere des Kabels eintritt und sich um den Leiter herum schließt, wodurch eine Flußverkettung mit einem bestimmten Teil des Kabelmantels entsteht. Hierdurch wird wiederum eine Spannung im Kabelmantel induziert, die einen Wechselstromverlust im Kabelmantel zur Folge hat.

Wenn ein schraubenförmig gewickeltes Band in bekannter Weise mit weiten Zwischenräumen zwischen den einzelnen Windungen die Kabeladern umgibt, verfehlt es seinen Zweck als magnetische Abschirmung, weil durch die Zwischenräume zwischen den Bandwindungen der von den Leitern induzierte Fluß frei hindurchgeht und den Bleimantel durchdringt. Bei den üblichen Kabeln liegen die einzelnen Windungen in einem Abstand voneinander, dessen Größenordnung zwischen der halben Bandbreite und der zwei oder mehrfachen Bandbreite liegt. Diese weiten Abstände werden deshalb verwendet, um einerseits bei der Herstellung die Imprägnierung der Leiterisolation zu erleichtern und andererseits an Material und Gewicht zu sparen und hierdurch die Kosten für die Herstellung und den Transport zu vermindern. Für diese Bänder wurde handelsüblicher Stahl verwendet, da nur die mechanischen Eigenschäften beachtet wurden. Die Bänder hatten deshalb einen hohen Hysteresisverlust und andere unerwünschte magnetische Eigenschaften. Je größer die Abstände zwischen den Windungen werden, um so beträchtlicher wird der freie, durch die Zwischenräume hindurchführende magnetische, die Leiter umgebende Fluß, welcher in dem Kabelmantel die Verluste induziert. Hierzu kommen noch die Hysteresisverluste in den Bändern. Infolge der Anordnung der weiten Zwischenräume erfolgt eine bestimmte Verzerrung des magnetischen Flusses oder Feldes, welche durch Induktion die zusätzlichen Verluste in den kupfernen, elektrostatischen Abschirmbändern jedes einzelnen Leiters und zusätzliche Verluste in den Leitern selbst hervorruft.

Erfindungsgemäß werden die Mangel der

bisherigen Kabel dadurch vermindert oder beseitigt, daß ein magnetisches Metallband mit geringen Hysteresisverlusten verwendet wird. Die einzelnen Leiter des neuen Kabels können in üblicher Weise isoliert und statisch geschützt werden. Über die Leiter wird dann, bevor die Ummantelung des Kabels erfolgt, das Metallband aus magnetischem Material herumgewickelt. Es findet hierfür zweckmäßig sorgfältig ausgewählter Stahl Verwendung. Der Stahl ist zu verhältnismäßig schmalen Streifen oder Bändern verarbeitet, welche um die Adern so herumgewickelt werden, daß nur ein geringer Abstand zwischen den benachbarten Windungen verbleibt. Zweckmäßig beträgt der Abstand weniger als 3,5 mm. Je kleiner der Abstand ist, um so größer ist die Schirmwirkung des Bandes, mit anderen Worten, es muß der Abstand zwischen den einzelnen Windungen des Bandes deshalb gering gehalten werden, damit der .magnetische Widerstand gering ist. Es ist auch zweckmäßig, das Band mit verhältnismäßig geringer Steigung auf die Leiter zu wickeln. Um eine leichte Imprägnierung des Kabels nach Aufbringung des Bandes zu ermöglichen, wird das Band mit zahlreichen kleinen Durchbrechungen versehen, durch welche die Imprägnierflüssigkeit leicht zu den Isolierschichten gelangen kann.

Es ist ferner bekannt, bei Telephon- und Telegraphenkabeln, welche über dem Bleimantel mit einer schweren Armierung versehen sind, zur Verminderung der Wirbelstromverluste unter den Bleimantel eine magnetisierbare Schicht zu legen; auch ist es bekannt, daß in diesen Kabeln infolge der magnetischen Abschirmung Störungen infolge äußerer elektrischer Ströme von den Sprechkreisen imKabel ferngehalten werden können. Die Wirkung ist jedoch eine andere als bei den Starkstromkabeln. Ein Starkstromkabel überträgt im allgemeinen eine größere elekirische Leistung, und der Vorteil der Erfindung liegt gerade darin, daß Mittel vorgesehen werden, welche das Kabel als Ganzes vor Beeinflussungen schützen, die in ihm selbst entstehen. Infolge der Verwendung der hochwertigen magnetischen Abschirmumhüllung werden die Verluste vermindert und der Wirkungsgrad der Kabelanlagen verbessert.

In der Zeichnung sindAusführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt eine Seitenansicht eines Dreileiterkabels, dessen Umhüllung teilweise entfernt ist, so daß der innere Aufbau sichtbar wird. In Abb. 2 ist ein Querschnitt des Kabels nach Abb. 1 zu sehen, während in Abb. 3 eine andere Ausführungsform dargestellt ist. Um die Leiter 3 des Kabels ist die Isolation 4 gewickelt. Die Zwickel werden durch den Beilauf 5 ausgefüllt und die Adern von dem Mantel 6 umgeben, der zweckmäßig aus Blei oder einem gleichwertigen Material besteht. Zum Zusammenhalten der Adern ist das Band 7 aufgebracht, welches gleichzeitig als magnetische Abschirmung dient. Zweckmäßig wird das Band 7 mit zahlreichen Durchbrechungen 8 versehen, durch welche die Imprägnierung der Isolation erleichtert

wird. Die Isolation selbst besteht zweckmäßig aus Papier oder ähnlichem Material. Beim Umwickeln der Adern mit dem schraubenförmigen Band 7 muß darauf geachtet werden, daß die Abstände zwischen den einzelnen Windungen gering gehalten werden im Vergleich zur Breite des Bandes. Als Baustoff für die Bänder dient ein sorgfältig ausgesuchter Stahl oder eine Stahllegierung mit geringem Hysteresisverlust. Auf die Isolation 4 der einzelnen Adern kann noch ein an sich bekannter elektrostatischer Schutz aufgebracht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist hierfür ein Kupferband 10 schrau-

'S benförmig um jede einzelne Ader herumgewickelt. Auch dieses Kupferband besitzt Durchbrechungen, durch welche die Imprägnierflüssigkeit hindurchtreten kann.

Die neuen Kabel können für die verschiedensten Spannungen hergestellt werden. Auch kann die Zahl der Leiter größer oder kleiner sein als bei den Ausführungsbeispielen. Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei Kabeln mit großen Leiterquerschnitten angewendet werden. Die Vorteile des neuen Kabels bestehen darin, daß die Wechselstromverluste verringert werden und damit der Betrieb im Vergleich zu Kabeln mit nichtmagnetischen Bändern billiger wird, während die mechanischen Eigenschaften nicht verschlechtert werden. Die Verwendung der Abschirmbänder aus magnetischem Material nach der Erfindung ist dann besonders wirkungsvoll, wenn die Kabel eine äußere Armierung aus magnetischem Material, wie Stahlbänder oder Stahl draht, über dem Bleimantel besitzen, die diesen vor Beschädigung schützen, wenn das Kabel im Erdboden oder unter Wasser verlegt wird.

Während bei den Ausführungsbeispielen 40' nach Abb. 1 und 2 das Band 7 direkt auf die Adern aufgewickelt ist, ist auf die Adern der Abb. 3 eine Umwicklung 11 aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Papier, aufgebracht. Auf diese Isolationsschicht 11 wird dann das Band 7 aus magnetischem Material aufgewickelt und schließlich das ganze Kabel durch den Mantel 6 eingehüllt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Mehrleiterstarkstromkabel für Wechselstrom mit Metallumhüllung und mit einem die Adern zusammenhaltenden Metallband, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (7) aus magnetischem Material mit geringen Hysteresisverlusten besteht.

2. Elektrisches Mehrleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus magnetischem Material schraubenförmig um die Adern bzw. um die mit Beilauf (5) ausgefüllten Zwickel derart gewickelt ist, daß die benachbarten Windungen der Bandschraube nur einen sehr geringen Abstand, vorteilhaft unter 3,5 mm, voneinander haben.

3. Elektrisches Mehrleiterkabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Band (7) Durchbrechungen (8) vorgesehen sind, welche das Eindringen der Imprägnierflüssigkeit in die Isolation erleichtern.,

4. Elektrisches Mehrleiterkabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Band (7) aus magnetischein Material eine die Adern gemeinsam umschließende Isolationsschicht (11) aufgebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen