DE611493C - Kurzschlussfestes Mehrleiterkabel mit Nulleiter und bleiummantelten, verseilten Einzelleitern fuer unterirdische Verlegung in Niederspannungsmaschennetzen - Google Patents

Description

Fast sämtliche Niederspannungsverteilungsnetze für Drehstrom, die ,heutzutage in Städten verlegt sind, sind sog. Strahlennetze; von den einzelnen Speisetransformatoren gehen strahlenförmig Kabel zu den einzelnen Stromverbrauchern aus. Die am häufigsten zur Verwendung kommenden Kabel sind Dreileitergürtelkabel mit Nulleiter, d. h. der Nulleiter ist zusammen mit den drei Hauptleitern als vierter Leiter innerhalb der Gürtelisolation verseilt. An jedem Speisetransformator und vielfach auch noch an den Verzweigungspunkten des Strählennetzes sind Sicherungen eingebaut, welche die Aufgabe haben, bei Auftreten eines Kurzschlusses das fehlerhafte Kabel abzuschalten.

Ein Nachteil derartiger Strahlennetze ist folgender:

Tritt beispielsweise in kurzer Entfernung hinter einem Speisetransformator ein Kurzschluß im Kabel auf, so wird die unmittelbar am Speisetransformator befindliche Sicherung ansprechen und damit wird das gesamte von diesem Speisetransformator ausgehende Strahlennetz stromlos gemacht, d. h. alle angeschlossenen Stromverbraucher können, bis die Fehlerstelle repariert ist, keinen Strom beziehen.

Im Gegensatz zum Strah'lennetz versteht man unter einem Maschennetz ein solches, bei dem die Kabel an allen Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind. Ein wichtiger Vorzug des Maschennetzes besteht darin, daß jeder Stromverbraucher von mindestens zwei, meistens aber von noch mehr Stellen aus gespeist wird. Tritt in einem solchen Maschennetz . durch einen Fehler an irgendeiner Stelle eine Unterbrechung im Kabel ein, so wird kein Stromverbraucher stromlos, da bei Unterbrechung der Stromzuführung auf einer Seite die in der Nähe liegenden Stromverbraucher von der anderen Seite aus gespeist werden. Trotz auftretender Schäden findet also niemals eine Unterbrechung der Stromlieferungen statt. +5

Gegenüber den sehr vielen Vorzügen, welche ein Maschennetz im Vergleich mit einem Strahlehnetz besitzt, besteht eine Schwierigkeit, welche die Einführung der Maschennetze in die Praxis bisher erschwert hat. Diese Schwierigkeit liegt darin, daß bei Auftreten eines Kabeldurchschlages ungeheuer große Kurzschlußstromstärken, die meistens weit über 10 000 Ampere hinausgehen, zur Auswirkung gelangen. Grund hierfür ist, daß auf jede Stelle im Kabelnetz mehrere Speisetransformatoren wirken, also auch im Falle eines Kurzschlusses die Kurzschlußstelle von mehreren Transformatoren aus gespeist wird. Die bisher üblichen Streifensicherungen beherrschen aber die Abschaltung von Stromstärken über 10 000 Am-

pere nicht mehr einwandfrei, vor allem schalten sie bei enger Vermaschung das fehlerhafte Stück nicht selektiv ab.

Erfahrungsgemäß bilden sich nun im normalen Kabel die meisten Fehler zwischen zwei Adern aus, so daß ein Durchschlag von Phase zu Phase entsteht. Der sich beim Kurzschluß bildende Lichtbogen zerstört die Isolation der dritten Ader, so daß der zwisehen zwei Phasen entstandene Kurzschluß nachgewiesenermaßen innerhalb einer Zeit von 0,1 bis o,2 Sekunden in einen Dreiphasenkurzschluß übergeht. Da, wie bereits erwähnt, die an der Kurzschlußstelle zur Auswirkung kommende Energie bei Vermaschung des Netzes so gewaltig ist, daß einrAbschalten durch Sicherungen oder Automaten nicht mehr möglich ist, ist die Folge, daß der Kurzschlußlichtbogen bestehen bleibt und größere Kabelstrecken einfach abbrennen. Dabei wird es infolge der beim Brand entwickelten öldämpfe zu Explosionen kommen, und die über dem Kabel Hegende Erde wird aufgeworfen, oder eventuell vorhandene Kabelkanäle werden zerstört. Schließlich wird der längere Zeit bestehende Kurzschluß zu einer Zerstörung von Transformatoren und Maschinen führen., Die Erfindung beschreitet daher den Weg, überhaupt keine Sicherungen und Automaten mehr zu verwenden, sondern eine Kabeltype zu schaffen, bei der im Falle eines Durchschlages der entstehende Lichtbogen von selbst erlischt, ohne größeren Schaden anrichten zu können. Die Erfindung erreicht dies, indem sie ein Kabel mit bleiummantelten Einzelleitern und Nulleiter verwendet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der aus bandförmigen Leitern zusammengesetzte Nulleiter eine Querschnittsform hat, welche sich von ♦o der Gesamtkabelmitte aus nach außen über die Verbindungslinie der Querschnittsmittelpunkte je zweier Einzelleiter hinaus erstreckt, mit den den Oberflächen der Einzelleiter angepaßten Flächen sich ohne Zwischen- +5 schaltung einer Isolation dicht an die Einzelleiter anschmiegt, die Bleimantel der Kabel ganz oder teilweise bedeckt und eine Leitfähigkeit besitzt, die der Leitfähigkeit eines den erforderlichen Querschnitt aufweisenden Kupfernulleiters· entspricht, während die einzelnen über die ganze Kabellänge gegenseitig leitend verbundenen bandförmigen Nulleiterteile längs der Bleimantel der Einzelleiter geradlinig verlegt sind. Bogendreieckförmige oder bandförmige metallische Kabeleinlagen sind bekannt. Diese metallischen Einlagen haben aber in bekannten Kabeln entweder lediglich den Zweck der besseren Wärmeleitung, oder sie dienen einer elektrostatischen Abschirmung. In allen diesen Fällen kommt es auf den Querschnitt der Metalleinlagen gar nicht an. So wird in einem bekannten Falle ausdrücklich betont, daß die · Metalleinlagen in Metallfolien bestehen, also einen außerordentlich kleinen Querschnitt haben sollen. Alle diese bekannten Metalleinlagen können daher niemals die Rolle eines Nulleiters übernehmen, ganz abgesehen davon, daß derartige Metalleinlagen zur Wärmeableitung oder elektrostatischen Abschirmung nur in Hochspannungskabeln Sinn haben, während Nulleiter nur bei Niederspannungskabeln Verwendung finden.

Ebensowenig hat die Erfindung mit einem bekannten flexiblen Kabel für ortsveränderliehe Stromverbraucher, beispielsweise Abraumbagger, zu tun, bei dem ein runder Nullleiter in der Mitte vorhanden und außerdem jeder der drei Hauptleiter sowie der Nulleiter .noch mit einem konzentrischen Schutzleiter umgeben ist. Ein solches Kabel für einen ortsveränderlichen Stromverbraucher wird mechanisch stark beansprucht. Bei Fehlen der konzentrischen Schutzleiter könnte es vorkommen, wenn die äußere Isolation durchgescheuert ist, daß einer der spannungsführenden Hauptleiter mit irgendwelchen Metallteilen in Berührung kommt. Dadurch wurden diese unter Spannung gesetzt und damit Menschen gefährdet. Der Zweck der kon- go zentrischen Schutzleitung ist, derartige Berührungsspannungen zu . vermeiden. Beim Durchscheuern der äußeren Isolation kann eine Berührung immer nur mit dem geerdeten Schutzleiter zustande kommen. Außerdem ist es selbstverständlich, daß ein Zuleitungskabel für einen ortsveränderlichen Stromverbraucher durch eine Sicherung abgesichert werden muß, deren Ansprechwert etwa ober-halb der Betriebsstromstärke eingestellt werden muß, so daß bei Überschreiten der nor- · malen Betriebsstromstärke die Sicherungen das Kabel stromlos machen. Es fehlt also jede Beziehung zu dem·Erfindungsgedanken.

Die Erfindung ist auch von einer Kabelkonstruktion verschieden, bei der in einem gewöhnlichen Mehrleiterkabel mit Gürtelisolation und äußerem Bleimantel, der sämtliche Adern gemeinsam umschließt, innerhalb der Isolation Schutzleiter angebracht sind. Da die Einzelkabel nicht mit Bleimänteln umgeben sind, können diese Schutzleiter nicht wie bei der Erfindung wirken; auch dienen sie nicht als Nulleiter. Vielmehr nehmen diese Schutzleiter im Betrieb eine gewisse Teilspannung an und werden an Signalvorrichtungen angeschlossen, zu dem Zweck, entstehende Kabelfehler anzuzeigen.

Der Bleimantel jedes einzelnen Kabels ist bei der Erfindung über einen Teil seines Umfanges oder über den ganzen Umfang mit einem längslaufenden Kupferband oder einem

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anderen gut leitenden Metallband bedeckt. Die drei mit Kupferband versehenen •Einzelkabel werden miteinander verseilt. Falls die Kupferbänder nur einen Teil der Bleimäntel bedecken, sind also die drei Kupferbänder im Innern des ganzen Mehrleiterkabels angeordnet, so daß sie in metallische Berührung miteinander kommen. Ein Durchschlag in einem solchen Kabel kann immer nur zwisehen Kupferleiter und Bleimantel einer Phase erfolgen. Da nun der Kupferbandnullleiter stets in metallischer Berührung mit dem Bleimantel ist, wird der Kurzschlußstrom in jedem Fall durch diesen Nulleiter abgeleitet werden, weil das Kupfer, wie bekannt, bessere Leitfähigkeit als der Bleimantel besitzt. Es kann infolgedessen niemals zur Ausbildung eines zwei- oder dreiphasigen Kurzschlusses kommen. Die bei einem Kurz-Schluß zwischen einer Phase und dem Nullleiter zur Verfügung stehende Energie beträgt nur ein Drittel der vorhandenen Gesamtenergie, und die für den Lichtbogen zur Verfügung stehende Spannung beträgt nur das o,s8fache der Spannung zwischen zwei Phasen. Infolgedessen verläuft ein Durchschlag in einem solchen Kabel ziemlich harmlos, wie Versuche, die mit Kurzschlußströmen bis zu 10 000 Ampere ausgeführt wurden, ergeben haben. Nach höchstens ¹I₂ Sek. war der Lichtbogen jedesmal von selbst erloschen, wobei nur ein verhältnismäßig kleines Loch in den Bleimantel gebrannt war. Um Korrosionen zu vermeiden, werden die aus Kupfer bestehenden Schutzleiterbänder vorzugsweise verbleit.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar bezeichnet 5 die Leiter, 4 die Isolationen der einzelnen Leiter, 3 ihre Bleimäntel, 2 die als Nulleiter dienenden Kupferbänder und ι die Armatur, deren Querschnitt zweckmäßig die Form eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken aufweist. Durch diese Querschnittsform wird an Füllmaterial gespart und zweitens eine bessere Abkühlung des Kabels gewährleistet. ·

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt im Gegenteil alle Abänderungen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Kurzschlußfestes Mehrleiterkabel mit Nulleiter und bleiummantelten, verseilten Einzelleitern für unterirdische Verlegung in Niederspannungsmaschennetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der aus bandförmigen Leitern zusammengesetzte Nulleiter eine Querschnittsform hat, welche sich von der Gesamtkabelmitte aus nach außen über die Verbindungslinie, der Querschnittsmittelpunkte je zweier Einzelleiter hinaus erstreckt, mit den den Oberflächen der Einzelleiter angepaßten Flächen sich ohne Zwischenschaltung einer Isolation dicht an die Bleimantel der Einzelleiter anschmiegt, die Bleimäntel der Kabel ganz oder teilweise bedeckt und eine Leitfähfgkeit be- sitzt, die der Leitfähigkeit eines den erforderlichen Querschnitt aufweisenden RupfenmHeiters entspricht, während die einzelnen über die ganze Kabellänge gegenseitig leitend verbundenen bandförmigen Nulleiterteile längs der Bleimäntel der Einzelleiter geradlinig verlegt! sind.
2. 2. Kurzschlußfestes Mehrleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Nulleiterteile die Bleimantel der Einzelleiter auf mehr als ein Viertel (vorteilhaft mehr als ein Drittel oder die Hälfte) der Oberfläche bedecken.
3. 3. Kurzschlußfestes Mehrleiterkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Nulleiter-, teile aus Kupfer bestehen und vorteilhaft in an sich bekannter Weise verbleit sind, go

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen