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I. Anwendungsbereich der
Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein neues Konzept für
die Verlegung von Kabeln für Übertragung,
Leitung und Kommunikation, und dient insbesondere als metallisch-geschütztes Kabelsystem
für eingekapselte
Einspeisungsmedien für
Kommunikation, Signalübertragung,
Energie-Transport, für
die Förderung
von flüssigen
Stoffen und für
andere Zwecke, laut Vorwort unter Patent-Anspruch 1.
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Diese Erfindung wurde im Prinzip
spezifisch für
die Anwendung im Bereich der Lichtwellenleitertechnik-Verlegung
entwickelt, in der Praxis jedoch, läßt sich diese neue Einkapselungseinheit
genau so gut für
andere Einspeisungszwecke anwenden wie z. B. bei der Signalübertragung,
elektrischen Leitungen und Kommunikation.
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Diese Anwendungsbeispiele müssen im Längsschnitt
der Einkapselung mit der speziell entwickelten Rohrstruktur kompatibel
sein.
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Obwohl wir von jetzt an, über die
Verlegung von Lichtwellenleitern reden werden (als Vereinfachung),
es versteht sich, dass diese Konzepte oder ähnliche Konzepte im allgemeinen
auch für
andere Leitungsarten und Fluide anwendbar sind.
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Stand der
Technik
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Die Übertragung von Kommunikationssignalen,
elektrischen Leitungen und derartige Anwendungen, können durch
Kabelverlegung durchgeführt werden.
Für die
Verlegung gibt es drei konventionelle mögliche Prozesse:
- a) Unterirdische Anordnung: hier werden die Kabeln eingegraben
und in Rohren mit hermetischen Ummantelungen untergebracht. Diese
Methode hat verschiedene Nachteile, wie z. B. die hohen Installations-
und Betriebskosten, insbesondere wenn Reparaturen oder Änderungen
am Netzwerk vorgenommen werden müssen.
Ausgrabungen und kontinuierliche abwechselnde Abdeckung von Gräben, was
natürlich
Gefahren mit sich bringt, weil sie nicht sichtbar sind.
- b) Unterwasser Anordnung, indem man Kabel unter Wasser verlegt,
die in Fluß-
oder Seebetten liegen. Es ist eine noch teurere als die unter a)
aufgeführte
Technologie; es erfordert die Verlegung in großen Tiefen, um Unfälle zu vermeiden,
die von großen
Schiffen oder andere Wassertransportmittel verursacht werden können.
- Außerdem
müssen
die Kabel mit hermetischen Mänteln
ausgerüstet
sein, die die hohen hydraulischen Drücke standhalten können, und
gegen den Verschleiß und
Verrottungseffekte der Umgebung geschützt sind.
- c) Freihängende
Anordnung, durch die Benutzung von Pfosten, Masten, Türmen oder
andere Strukturen, die die verlegten Kabel auf einer bestimmten
Höhe vom
Boden halten (Sicherheitshöhe). Der
Zugang zu diesem System ist einfacher und schneller, und ermöglicht die
Reparaturen und Änderungen
am Netzwerk und seinen Anschlüssen
auf direkter Weise. Die Verlegung von Lichtwellenleitern (optische
Faser-Leitungen) an Hochspannungsleitungen ermöglicht den Aufbau eines Kommunikations-Netzwerkes
von hoher Qualität,
indem man die Masten bzw. Türmen
von vorhandenen elektrischen Netzwerken und den dazugehörigen "right-of-way" benutzt, mit wesentlich
niedrigeren Kosten als bei der unterirdischen Installation.
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In diesem bekannten Feld, wird die Überland-Leistungsverlegung
oft mit den folgenden Methoden durchgeführt:
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A) Verlegung über Hochspannungsleitungen
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Die Hochspannungsleitungen haben
im oberen Bereich mindestens ein Metallkabel, das sogenannte "Schutzkabel".
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Der Zweck dieses Sicherheitskabels
besteht darin, das Huchspannungs-Netzwerk und seine tragende Struktur
vor möglichen
atmosphärischen
elektrischen Entladungen (Blitzen) zu schützen. Die Festlegung der Eigenschaften
dieses Kabels beruht auf zwei Hauptvoraussetzungen:
- – Strukturelle
Anforderungen, unter Berücksichtigung
der Spannweite oder des Abstands zwischen Masten und die Belastung
von Wind, Eis und Schnee, falls vorhanden.
- – Elektrische
Anforderungen, unter Berücksichtigung
des Kurzschluß-Stroms
und der maximalen Stromspitzen (Blitzeinschlag).
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Für
die Verlegung von Lichtwellenleitern (optisches Kabel), eines der
bekannten Methoden besteht darin, das Schutzkabel durch ein spezial
entwickeltes Kabel zu ersetzen, das ein solches Lichtwellenleiter
einkapselt. Auf diese Weise erfüllt
das Kabel gleichzeitig zwei Funktionen, nämlich als Sicherheitskabel
(Guard wire) und als Träger
des Lichtwellenleiter-Bündels.
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Derzeit, was de Installationsmethode
anbelangt, gibt es zwei Möglichkeiten:
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A1. Installation bei stromosen
(unenergisierten) Leitungen:
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- i) Wenn man eine neue stromlose Leitung installiert,
wird das optische Kabel während
des Installationsvorgangs gleichzeitig mit derselben Hochspannungsleitung
eingebaut.
- ii) Wenn die Installation auf einer vorhandenen Leitung durchgeführt wird,
(um das Schutzkabel durch das Optische zu ersetzen), dann muß die Stromversorgung
abgeschaltet werden. Hiermit ist mit Verlusten zu rechnen, da in
diesem Falle die Energie nicht verrechnet wird; auch Geldstrafen
sind hiermit verbunden wegen ungelieferter Energie, sowie die zugehörigen Zahlungen
für solche
Stromunterbrechungen.
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A2 Installation unter
Hochspannung:
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Um Probleme zu vermeiden, die aufgrund der
unterbrochenen Stromversorgung entstehen, müssen spezielle Installations-Prozeduren
verfolgt werden. Diese ermöglichen
die Verlegung von optischen Leitern, auch wenn durch die Hochspannungsleitungen
Strom fließt.
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Diese Methoden sind ohne Zweifel
kostspieliger, langsamer und sind mit hohen Risiken verbunden.
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B) Verlegung unterhalb
den Hochspannungsleitungen:
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Ein aus Dielektrikum-Stoffen hergestelltes Kabel,
das die optischen Leitern schützt,
wird unterhalb der energiesierten Leitern verlegt.
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Diese Methode ermöglicht die Installation mit den
Leitungen unter Spannung bei niedrigeren Kosten und mit wenigeren
Unterbrechungen bei der Stromversorgung und zusätzlich mit einer kleineren Windbelastung
in dem Masten, aufgrund der niedrigeren Befestigungshöhe des Kabels.
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Für
die Befestigung des Kabels gibt es zwei Möglichkeiten:
- 1)
Selbsttragendes Dielektrikum Kabel: dieses Kabel besitzt einen Kern
aus Keramikfasern (Handelsbezeichnung "Kevlar") und dient als Halter um die mechanische
Belastung aufzufangen.
- 2) Befestigung durch ein sogenanntes "Messenger Dielektrikum-Kabels", das aus Keramik-Fasern besteht. Diese
halten das Dielektrikum-Kabel fest, das wiederum die optischen Fasern
enthält.
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Egal welcher Weg hier eingeschlagen
wird, das Kabel-Design muß die
strukturellen Anforderungen in Betracht ziehen, wie z. B. die Spannweite (oder
der Abstand zwischen den einzelnen Masten) und die Belastung, die
sich aus Wind, Eis und Schnee ergibt.
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Wie es auch immer sei, die Verwendung
von Dielektrikum-Materialen für
die Hülle
des optischen Kabels erfordert ganz spezifisch die Berücksichtigung
der Umweltfaktoren, die folgende Störungen verursachen:
- a) Abbau der Dielektrikum-Mantelschicht des
Kabels aufgrund elektromagnetische Effekte. Diese Methode kann deshalb
eingeschränkt
bei Spannungen bis 66 KV (Kilovolt) eingesetzt werden; oder bei
freihängenden
Leitungen für
Mittel- und Hochspannung mit Spannungen über als 50 KV.
- b) Abbau des Außenmantels
aufgrund der Umweltbedingungen wie z. B. durch Windbelastung, Erosion,
Sonnenstrahlung, Hydro-Meteoriten, usw.
- c) Abbau des Kabel-Außenmantels
durch den Einfluß der
regionalen Fauna (hauptsächlich
Vögel,
die auf den Leitungen sitzen oder die Hülle mit dem Schnabel zerkauen,
bzw. durchbohren)
Andererseits, die Existenz von strukturellen
Einschränkungen
wegen des Kabeldesigns, bzw. den Einsatz bei Spannlängen größer als
100 m, ohne die notwendige Erfahrung zu besitzen, z. B. wenn es
um die Verlegung bei Spannweiten größer als 150 m geht.
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Als Beispiel zitieren wir die Norm
EP-A-0 092 980, hier handelt es sich um eine Oberleitung, die ein Aluminiumkern
hat. Diese Oberleitung beinhaltet auch eine optische Führung. Der
Alu Kern hat ein gestrecktes Gehäuse
in welchem die optischen Fasern des Lichtwellenleiters lose unterbracht
sind. Eine Schicht aus Stahldrähten
umhüllt
den Zentralkern, und zusätzlich
eine äußere Schicht
aus Alu-Drähten umwickelt
die erwähnten
Stahldrähten.
Die Leerstellen zwischen den Stahldrähten sind teilweise mit Aluminium
vom zentralen Kern und/oder auch von der erwähnten Außenschicht ausgefüllt.
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Als weiteres Beispiel beschreibt
die Norm FR-A-2 591 792 eine elektrische Oberleitung und deren Fertigungsprozeß. Das Kabel
besteht aus einem Kern, der Lichtwellenleiter enthält. Der
Kern ist von einem Außenmantel
aus thermoplastischen oder Elastomermaterialien umhüllt. Diese
Anordnung hat auch eine Abschirmung unterhalb oder oberhalb des Mantels,
wobei die Elastomer bzw. thermoplastische Hülle durch eine chemische Verbindung
von Composite-Stoffen aufgepfropft werden. Nach diesem Vorgang ergibt
sich eine chemische Reaktion des Außenmantels durch den Einfluß der Luftfeuchtigkeit und
enthält
Zusatzstoffe, die den Lekage-Stromwiderstand dieses Materials sicherstellen.
Beispiele dieser Zusatzstoffen sind: Metall-Oxyde, Karbide und andere
Stoffe, die sich ähnlich
verhalten, sei es individuell oder als Kombination.
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Das neue Konzept
für dir
Erfindung
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Die Erfindung, worauf wir uns in
diesem Dokument beziehen, hat alle aufgetretenen Probleme auf einer
sehr einfachen und raffinierten Art und Weise gelöst, indem
man ein Kabel verlegt, dessen Mantel (aus Metallrohr bestehend)
eine gute, effektive Erdung besitzt. Dieses metallische Außenrohr
enthält
in seinem Inneren die optischen Faserkabeln und ist an die Struktur
der Leitungen befestigt, und zwar in einem abgegrenztem Bereich
in seinem unteren Teil von einer standardisierten Sicherheitsgrenze
für jede Zone
und vom sogenanntem "Guard-wire" (Sicherheitskabel)
innerhalb des Schutzbereiches angeordnet.
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Diese technologische Entwicklung,
trotz der Einfachheit seiner Eigenschaften, hat folgende Vorteile:
- – Es
vereinfacht die Installation des Lichtwellenleiters (optisches Kabel)
an energisierten Leitungen;
- – Der
Bedarf aller vorprogrammierten Stromunterbrechungen fällt auf
ein Minimum;
- – Leichte
Handhabung;
- – Es
bietet einen geeigneten Schutz für
die optischen Fasern gegen elektromagnetischen Effekten, gegen den
Einfluß der
Fauna, und verlängert die
Lebensdauer des Kabels, so daß es
sich nicht abbaut;
- – Es
benötigt
eine kleinere Last auf den Masten im Vergleich zur oberen Anbringung
an der Spitze der Struktur, aufgrund der Reduzierung des Hebelarms;
- – Es
reduziert die elektrischen Anforderungen des Kabels, da es nicht
als Schutzkabel dient;
- – Es
erlaubt dem Konstrukteur mehr Freiheit bei der Wahl der mechanischen
Parameter des Kabels und führt
zu einer Kostenreduzierung, z. B. es ermöglicht die Verwendung von kleineren Querschnitten
und optimiert das Design für
verschiedenen Spannlängen.
- – Wenn
man die mechanischen von den elektrischen Anforderungen trennen
kann, dann ist es möglich
die Kosten erheblich zu senken, geschweige den vereinfachten Installations-Prozeß.
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II - Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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Für
eine bessere Veranschaulichung und Verständnis bezüglich dem Zweck dieser Erfindung, diese
wurde mit verschiedenen Zeichnungen abgebildet bei welchen eins
der vorzüglichen
Verkörperungen
der Struktur dargestellt wurden. Dies sollte als ein illustrativen
und nicht als ein vorgeschriebenes Beispiel verstanden werden.
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1 zeigt
eine Sicht in Perspektive der Anordnung der Hochspannungsmasten,
mi der oberen Führung
des neuen Kabels. Um die ganze Struktur auf einer einfachen Weise
zu positionieren, wurde die Zeichnung der Struktur mit dickeren
Linien dargestellt im Vergleich zum Rest.
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2 stellt
ein schematisches Detail des Mastes dar, wobei die Zone innerhalb
der Grenzen gekennzeichnet wurde, durch die das Kabel geführt wird.
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3 ist
ein Querschnitt vom Kabel und zeigt die Rohrform des Außenmantels,
die Schichten woraus es besteht und die eingekapselten Bündeln mit
optischen Kabeln; und zum Schluß
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4 zeigt
die beiden Masten in schematischer Darstellung. Hier kann man die
Installation der neuen tubularen Trägereinheit für die optischen
Leitern oder andere Anwendungen in Bezug auf die Sicherheitshöhe über dem
Boden und eins der Hochspannungskabel ersehen. Diese Abbildung zeigt
wie die Sicherheitshöhe
eingehalten wird:
- – Der Mindestabstand zwischen
ein solches Niederspannungskabel und der erwähnten Kanalisierungs-Einheit
unabhängig
von der Anordnung, die das eine oder andere Bauteil (Kabel bzw.
Kanalisierungs-Einheit) in der Verlegung aufweisen.
- – Der
Mindestabstand zwischen derselben Kanalisierungseinheit und der
Sicherheitsgrenze (Sicherheitshöhe),
gemäß den Vorschriften
des jeweiligen Landes für
die Höhe über dem
Boden und außerdem
die mindest mechanischen und elektrischen Abstände zu den energisierten Leitern.
- – Der
Anbringungsort der Kanalisierungseinheit innerhalb der Zone, die
vom "Guard wire" (Sicherheitsdraht)
geschützt
wird.
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Auf den verschiedenen Abbildungen,
zeigen dieselben Bezugs-Nummern die gleichen oder dazugehörigen Teile,
und die Zusammenbauten der verschiedenen Einzelteile wurden mit
Buchstaben gekennzeichnet.
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Zeichnungs- Verweisliste
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- a. Stützmast
- b. Hochspannungskabel
- c. Rohrförmiges
(Tubulares) Element
- p. Abgrenzung der vom Schutzkabel geschützten Zone
- s. Sicherheitshöhe
(-Niveau)
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- 1.
- Mast – Säulen (a)
- 1'.
- Mast – Verstrebungen
(a)
- 2.
- Schutzdraht
("guard-wire")
- 3.
- Hochspannungsleitern
auf geringer Höhe
verlegt
- 3'.
- Hochspannungsleitern
auf größerer Höhe verlegt
- 4.
- Außenmantel
(metallisch) (c)
- 5.
- Aluminium
Rohr
- 6.
- Lichtwellenleitern
(Kabel aus optischen Fasern)
- 7.
- Dielektrikum
Kern
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III Hauptziel
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Unter Berücksichtigung der festgelegten Zwecke,
liefert die Erfindung ein metallisch-abgeschirmtes Kabelsystem für verschiedene
Anwendungen, wie z. B. für
Signalübertragung,
Fluid- und Energiezufuhr und andere Zwecke, dieses System wurde für Hochspannungsoberleitungs-Einrichtungen angepaßt. Es besteht
hauptsächlich
aus Stützmasten (a),
aus einem Satz aus Hochspannungsleitern (b) zwischen den Masten
(a) gespannt bis zu einem gewissen Abstand vom Grund wurde über der
vorfestgelegten Sicherheitshöhe
(s) und innen befindet sich die "guard-wire" Schutzzone (p) entlang
des ganzen Abstandes zwischen den Masten ein sogenanntes tubulares
(rohrförmiges)
Element (c). Dieser befindet sich zwischen denselben Masten und
besitzt einen aus Metall geerdeten Außenmantels (4), und
bildet eine innere Längs-Einsparung,
welche die Kanalisationseinheit für die erwähnten Anwendungsträger (6) liefert.
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IV Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Im Allgemeinen, die Erfindung besteht
aus einem länglichen
Rohrelement (c). Dieses Rohr hat besondere Eigenschaften und wird
in eine bestimmte Lage zwischen den Masten (a) eingebaut. Die Masten
stützen
die Hochspannungsleitungen (b), ohne ihre Struktur zu ändern oder
beschädigen.
Auch das sogenannte "guard-wire" (ganz oben angebracht) wird
nicht geändert
(1).
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Bei neuen Hochspannungsinstallationen,
die Verlegung vom länglichen
Rohrelement (c) ermöglicht
die Anordnung an den Masten (a) mit dem noch nicht energiesierten
System.
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Im Gegensatz dazu, wenn man es in
vorhandenen Einrichtungen einbaut, kann die Installation des neuen
Kabels mit dem energiesierten Netzwerk durchgeführt werden. Dadurch erübrigen sich
jegliche Unterbrechungen in der Stromversorgung.
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Das Rohrelement besteht aus einem
metallischen Außenmantel
(4), z. B. aus Stahl; dieser beschichtet ein Aluminium
Rohr (5), das eine längliche Nut
aufweist. Diese Nut dient dazu einen Träger oder Einspeisungsmedium
zu kanalisieren, sei es für Kommunikationszwecke,
Signalübertragung,
Energie- und Fluidentransport, (gasförmige Fluide) oder irgendwelche
Anwendungen im Rahmen der oben erwähnten Einsatzbereiche.
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Vorzüglicherweise aber nicht unbedingt
erforderlich, die Nut des Aluminiums Rohrs (5) kanalisiert
Lichtwellenleitern (Kabeln aus optischen Fasern) (6) mit
den zugehörigen
Mänteln,
die um einen Dielektrikum Kern (7) daraufgewickelt sind
(s. 3)
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In der Präsenz eines äußeren metallischen Mantels
(4) und kombiniert mit dem Aluminium Rohr (5),
das neue Kabel ist starr genug und selbsttragend mit der Eigenschaft,
daß sein
Außenmantel
sich nicht durch Umwelt- oder ionischen Einflüssen abbaut, dies schließt die Windeffekte,
die Erosion, die UV-Strahlung, Hydrometeore, Vögel, Nagetiere, Insekten, usw.
mit ein.
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Das erwähnte Kabel (c) wird durch Befestigungszubehör (Hardware)
festgehalten, die eine entsprechende, leistungsfähige Erdung gewährleisten. Diese
Erdung wird zwischen dieselben Masten verlegt (a), wahrscheinlich
an die Säulen
(1) untergebracht, innerhalb eines Grenzbereichs, dessen
unteren Grenze die Sicherheitshöhe
darstellt (s), die gesetzlich festgelegt wird, und innerhalb der
Zone, die vom "guard-wire" (Sicherheitsdraht)
(p) geschützt wird.
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Die mindest elektrischen und mechanischen Abständen müssen entlang
der ganzen Kabelspann-Länge (4) eingehalten werden.
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Es wurde vorausgesetzt daß:
- – Der
metallische Außenmantel
aus einem Metallrohr oder einem metallischem Abschirmungsgeflecht
hergestellt ist, oder aus einem metallischen schraubenförmiges Hohlkabel
oder ähnliches, dass
sich zu diesem Zweck eignet;
- – Das
rohrförmige
Element vom metallischem Mantel muß einen Außen-Träger haben (z. B. durch die
Führung
eines Kabels entlang einer Längswölbung vom
eigenen Mantel im Form einer 8);
- – Es
muss außerdem
einen inneren Träger
besitzen, z. B. durch die Einführung
eines verlängerten Stahldrahts
entlang des Hohlraums als Kern;
- – Es
muss selbsttragend sein, aufgrund der eigenen Struktur seines metallischen
Außenmantels.
- – Das
rohrförmige
metallische Außenmantel
muß aus
Stahl, Kupfer oder aus ein anderes geeignetes Metall hergestellt
werden.
Für
jeden Leiter spezifisch, erfordert diese neue Prozedur die Rücksichtsnahme
der folgenden Konzepte:
- a) Der Mindestabstand des rohrförmiges Elements (c) muß in Bezug
auf die nähersten
energiesierten Leitern (3), entlang der gesamten Spannlänge zwischen
den Masten (a) analysiert werden; dies muß auch unter der Einhaltung
der Sicherheitsvorschriften geschehen; auch die Verluste infolge
parasitären
Ströme,
die unerwarteten Impedanz-Schwankungen
in den Leitungen, und auch die Effekten der Anhäufung von Eis und Schnee und
die Einflüsse
von Vögeln
auf den Leitungen müssen
berücksichtigt
werden.
- b) Vom strukturellem und elektrischem Standpunkt hergesehen,
das Installations-Zubehör (Hardware)
muss sehr vorsichtig ausgewählt
werden, dies gilt ebenfalls für
den besten Befestigungs-(Verankerungs) Punkt an der Maststruktur (a).
- c) Bei der Anwendung dieses Aufbaus auf vorhandenen Masten (a),
das Strukturdesign und die Fundamente müssen im Bezug auf die Zusatz-Belastungen,
die sich aus dem Eigengewicht des Kabels und seines optischen metallischen Außenmantels
(4) ergeben, ausgewertet werden.
- d) Die Mindesthöhe
des optischen Kabels über dem
Boden muß ebenfalls
eingehalten werden, um somit die gesetzlichen Bestimmungen zu erfüllen, insbesondere
in Bezug auf die Überkreuzung
von Leitungen auf Straßen
und die Interferenz mit anderen elektrischen Leitungen.
- e) Rücksichtnahme
der Anforderungen bzgl. der Erdung für die verschiedensten Strukturtypen
im Gebrauch.
- f) Es muß ebenfalls
gewährleistet
werden, daß das
rohrförmige
Element (c) sich innerhalb der Schutzzone (p) vom "guard-wire" befindet.
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Nachdem diese Erfindung in die Praxis
umgewandelt wird, kann es ohne Zweifel in Abhängigkeit von gewissen Konstruktions-
und Formdetails angepaßt
bzw. geändert
werden. Dies soll allerdings nicht heißen, daß die Grundideen bzw. Konzepte,
die präzise
in den folgenden Patentansprüchen
erläutert werden,
vernachlässigt
werden dürfen.