DE69937112T2

DE69937112T2 - Hybrides elektrisch-optisches kabel für freileitungsinstallationszwecke

Info

Publication number: DE69937112T2
Application number: DE69937112T
Authority: DE
Inventors: Ernesto Zaccone; Sergio Belli; Giuseppe Casanova; Paolo Marelli
Original assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: NZ509407A; AR019430A1; US6859590B1; EP1099229B1; AU5282999A; ITMI981658A0; CA2338142A1; JP2002521793A; WO2000005730A1; CA2338142C; DE69937112D1; AU751536B2; EP1099229A1; BR9912293A; ES2294852T3; ITMI981658A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch-optisches Hybridkabel zur Installation entlang von Oberleitungen für Telekommunikation und zur Verteilung von elektrischer Energie, im Besonderen bei geringer und mittlerer Spannung.
Es gibt zurzeit einen anerkannten Bedarf, das elektrische Energie Übertragungs- und Verteilungsnetzwerk in ein kombiniertes Netzwerk zu konvertieren, das ferner ein Glasfasersystem für die Telekommunikation umfasst.
Verschiedene Lösungen wurden auf diesem Gebiet für überirdische Hochspannungs-(132-400 kV)Übertragungsleitungen vorgeschlagen, in denen ein Nutzen aus nicht isolierten Leitungen gezogen wird, die zwischen Leitungsmasten aufgehängt sind, bei denen oben ein Schutzdraht installiert ist, um die Leitung vor überschüssigen Spannungen zu schützen, die durch die Einwirkung eines Blitzes verursacht werden. Diese Lösungen benötigen als Schutzdrähte die Verwendung von selbstunterstützenden bzw. selbstverstärkenden Kabeln, die eine oder mehrere Glasfaserelemente zur Telekommunikation enthalten. Diese Kabel bestehen aus einer Vielzahl von nicht isolierten Metallleitern, die spiralförmig auf eine solche Weise zusammengedreht sind, dass sie einen inneren Raum ausbilden, der sich längs durch das gesamte Kabel erstreckt. Innerhalb dieses Raums sind die Glasfaserelemente (optische Elemente) aufgenommen, wobei sie in einer metallischen Röhrenstruktur eingefasst sind, die sowohl eine Funktion zum Schützen der Glasfaserelemente vor äußeren mechanischen Belastungen als auch das Abfließen lassen der Ströme aufgrund atmosphärischer Entladungen aufweist. Verschiedene Ausführungsformen dieser Kabel sind beispielsweise in den Patenen EP-81,327 , US-4,699,461 , US-5,123,075 und US-5,555,338 beschrieben.
Es gibt ferner überirdische Leitungen zur Energieverteilung mittlerer und geringer Spannung (im allgemeinen von 0,4 bis 36 kV verbunden), in denen Dreifachkern-Kabel, die aus drei Phasen-Leitungen bestehen, verwendet werden, wobei jede dieser Leiter mit einer thermoplastischen oder vernetzten Polyolefinschicht isoliert ist, die im Besonderen in Mittelspannungskabeln, wiederum von einer Metallabschirmung und von einer Schutzhülle, die aus einem thermoplastischen Material besteht, umgeben ist. Diese isolierten Leiter sind spiralförmig um ein Metallverstärkungsseil gewickelt, das die mechanische Zugfestigkeit bereitstellt, die für die aufhängende Installation der Kabel benötigt wird. Das Verstärkungsseil kann durch eine elektrische Isolierschicht ummantelt sein, wenn das Seil die zusätzliche Funktion eines neutralen Leiters erfüllt, im Besonderen wenn es sich um Geringspannungskabel handelt. Isolierte überirdische Kabel dieser Art sind beispielsweise in der Einheitsnorm DC 4389, 1st ed., Februar 1994 eingeführt von ENEL (Ente Nazionale Energia Elettrica), Italy.
Überirdische Leitungen mit isolierten Kabeln nutzen keine Schutzdrähte, da das Risiko eines Blitzeinschlags geringer als das bei Hochspannungsleitungen ist, die nicht isolierte Leitungen aufweisen, und wird ferner durch die Anwesenheit von Lichtableitern sowohl entlang der Leitung als auch an ihren Enden verringert. Ferner werden die Leitungen, die gegeneinander und von der Erde isoliert sind, keinen Direktkontaktspannungen ausgesetzt.
Folglich ist es für die Umwandlung von elektrischen Kabeln für die Energieverteilung bei mittleren und geringen Spannungen mit isolierten Kabeln in ein kombiniertes elektrisch-optisches Netzwerk in der Praxis unmöglich, Schutzdrähte zu verwenden, die aus selbstverstärkenden Kabeln bestehen, die optische Elemente, wie es oben beschrieben ist, enthalten. Das würde tatsächlich ein Umgestalten und Ersetzten der gesamten Leitung auf Grund der Hinzufügung eines Elements (des Schutzdrahts), der nicht notwendig ist, nach sich ziehen, mit der Konsequenz eines nichtakzeptablen Anstiegs der Installationskosten.
Die französische Patentanmeldung FR-2,563,042 beschreibt ein Kabel zum gleichzeitigen Übertragen von elektrischer Energie mittlerer Spannung und Telekommunikation hohen Volumens, bei dem drei isolierte Fasenleiter um ein zentrales Element angeordnet sind. Das Kabel würde sowohl für eine unterirdische Installation und für oberirdische Netzwerke geeignet sein. Das zentrale Element umfasst eine Röhre eines isolierenden thermoplastischen Materials, das ein optisches Übertragungsmodul umfasst, wobei die Röhre mit einer Schicht von Metalldrähten umgeben ist, welche die optischen Fasern des Moduls gegen mechanische Belastungen schützen würde. Außerhalb der Metalldrähte ist eine Hülle angeordnet, die aus einer Führung gefertigt ist, wenn das Kabel unterirdisch installiert werden soll. Auf Seite 3, Zeile 27 bis Seite 4 Zeile 1 dieser französischen Anmeldung wird beschrieben, dass wenn das Kabel für oberirdische Installationen vorgesehen ist, eine Hülle im Allgemeinen um die thermoplastische Röhre vorgesehen ist, um die optischen Fasern vor dem Eindringen von Wasser zu schützen, wobei die Metalldrähte aus Stahl gefertigt sind und die Hülle, welche die Drähte umgibt, aus einem starren plastischen Material, wie beispielsweise Polyvinylchlorid oder verzweigtem Polyethylen gebildet ist.
Gemäß der Erfahrung des Anmelders ist das Kabel, das in der FR-2,563,042 beschrieben ist, für eine überirdische Installation vollständig ungeeignet. Tatsächlich muss nach Ansicht des Anmelders in einer oberirdischen Installation das zentrale Element, welches das optische Übertragungsmodul enthält, sowohl Längsbelastungen als auch transversalen Kompressionskräften widerstehen. Während die Stahldrähte, die in dem Kabel enthalten sind, das in der FR-2,563,042 offenbart ist, im Stande sein sollten einer Längskraft zu widerstehen, sind keine Metallelemente in dem Kabel vorgesehen, um das optische Element vor transversalen Kompressionskräften wirksam zu schützen. Allerdings glaubt der Anmelder, dass die äußere Hülle überhaupt nicht wirksam ist, da sie, wenn sie bezüglich der Metalldrähte außen angeordnet ist, das optische Element nicht vor den starken Kompressionskräften schützen kann, die von den Drähten ausgeübt werden, wenn das Kabel hergestellt und installiert wird. Tatsächlich neigen die Metalldrähte, genauso wie die isolierten Leiter, dazu, wenn sie in Längsrichtung belastet werden, in Richtung der Seilmitte zu konvergieren, folglich die optischen Elemente, die im inneren angeordnet sind, stark zu komprimieren.
Ferner kann das Kabel, dass in der FR-2,563,042 beschrieben ist, praktisch nicht an einem oberirdischen Kabel installiert werden, da das zentrale Element in einer Position angeordnet ist, die kaum von außen zugänglich ist. Daher kann das zentrale Element nicht als Verstärkungsseil verwendet werden, um das Kabel überirdisch zu installieren, da es tatsächlich nicht von der Wicklung der drei isolierten Leitern entfernt werden kann, um an dem Ankermittel der überirdischen Leitung aufgehängt zu werden.
Der Anmelder hat nun herausgefunden, dass es möglich ist ein elektrisch-optisches Hybridkabel für überirdische Installationen herzustellen, das ein Drei-Phasen elektrisches Kabel mit isolierten Leitungen umfasst, die spiralförmig um ein Verstärkungsseil gewickelt sind, das aus einer äußeren Struktur besteht, die einer Längsspannung widersteht, wobei darin wenigstens ein optisches Faserelement, das in einer röhrenförmigen Struktur enthalten ist, die einer querlaufenden Kompression widersteht, eingepasst ist. Auf diese Weise ist es möglich in einer einzigen selbstunterstützenden bzw. selbstverstärkenden Struktur eine Kombination von isolierten Leiterelementen und Glasfaserelementen bereitzustellen, die eine hohe Betriebsbeständigkeit aufweist.
Daher betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt ein elektrisch-optisches Hybridkabel für überirdische Installationen, umfassend drei isolierte Phasenleiter, die spiralförmig um ein Verstärkungsseil gewickelt sind, bei dem das Verstärkungsseil umfasst: wenigstens ein Glasfaserelement; eine röhrenförmige Metallstruktur, die das wenigstens eine Glasfaserelement enthält; eine Verstärkungsstruktur, die gegen Spannungen in Längsrichtungen beständig ist und außerhalb der röhrenförmigen Metallstruktur angeordnet ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Verstärkungsseils und dem Durchmesser jedes isolierten Leiters so vorbestimmt, dass das Seil von dem spiralförmig gewickelten isolierten Leiter extrahierbar ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis größer als 0,3, noch bevorzugter ist es von 0,4 bis 1,5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die isolierten Leiter mit einer vorbestimmten Steigung so um das Verstärkungsseil gewickelt, dass das Kabel selbstunterstützend bzw. selbstverstärkend ist. Gemäß einer im Besonderen bevorzugten Ausführungsform ist die Neigung 10-50 Mal, noch bevorzugter 20-40 Mal im Durchmesser jedes isolierten Leiters.
Die röhrenförmige Struktur stellt einen hohen Schutzgrad der optischen Elemente sicher, welche die Wirkung von Schrägen, zusammendrückenden Kräften auf die optischen Fasern während Herstellung, Installation und Betrieb des Kabels verhindert, was Phänomene wie "micro-bending" mit einer daraus folgenden Schwächung des optischen Signals, oder einen Bruch der Fasern selbst verursachen würde. Die querlaufende Kompression kann sowohl durch die isolierten Phasenleiter die, unter der Einwirkung einer starken Zugkraft, das Verstärkungsseil und folglich die optischen Elemente, die darin enthalten sind, komprimieren, als auch durch die Verstärkungsstruktur verursacht werden, die, wenn sie einer Spannung ausgesetzt wird, dazu neigt, ihren Durchmesser und folglich den inneren Raum, der das optische Element enthält, zu reduzieren. Die Wirkungen einer radialen Kompression werden im Anschluss durch irgendwelche geometrischen Unregelmäßigkeiten der Verstärkungsstruktur verstärkt, das lokalisierte Kompressionskräfte, die sehr stark sein können, zur Folge haben kann, um auf das optische Element zu wirken.
Die Verstärkunkstruktur formt das Element, das den Kabeln ermöglicht zwischen den Haltestrukturen (Pfählen, Masten und dergleichen) der überirdischen Leitung aufgehängt zu werden, da sie im Stande ist, den starken mechanischen Kräften, hauptsächlich längs gerichtete Zugkräfte, zu widerstehen, denen das Kabel während der Installationsphase und wenn es in Betrieb ist, ausgesetzt ist. Im Besonderen ist die Verstärkungsstruktur im Stande, den mechanischen Belastungen zu widerstehen, die vom Gewicht des Kabels selbst, von dem Wind und von den Befestigungsmitteln herrühren, die verwendet werden, um das Kabel mit den Haltestrukturen der überirdischen Leitung zu verankern.
Gemäß eines zweiten Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung ein überirdisches System für eine elektrische Energieverteilung und für Telekommunikation, umfassend drei isolierte Phasenleiter, die um ein Verstärkungsseil gewickelt sind, wobei das Kabel zwischen Haltestrukturen mittels Befestigungsmittel befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsseil wenigstens ein Glasfaserelement enthält.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufhängen eines elektrisch- optischen Hybridkabels an eine Oberleitung, wobei das Kabel drei isolierte Phasenleiter umfasst, die spiralförmig um ein Verstärkungsseil gewickelt sind, bei dem das Verfahren umfasst:

– Schieben wenigstens eines der drei isolierten Leiter, derart, dass das Verstärkungsseil von außen zugänglich ist;
– Einhängen des Verstärkungsseils mittels eines Einhängemittels;
– Extrahieren des Verstärkungsseils mittels des Einhängmittels von den gewickelten isolierten Leitern um eine vorbestimmte Länge;
– Arretieren der extrahierten Länge des Verstärkungsseils durch ein Ankermittel;
– Freigeben des Verstärkungsseils von dem Einhängemittel;
– Aufhängen des Kabels an Aufhängstrukturen der Oberleitung mittels des Ankermittels.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden deutlicher durch die detaillierte Beschreibung dargestellt, die für weitere Informationen ohne irgendwelche beschränkenden Zwecke für den Anspruchsgegenstand, mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen bereitgestellt wird, bei denen:
1 und 2 schematische Darstellungen eines Querschnitts zweier möglicher Ausführungsformen des Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
3 bis 5 drei mögliche Ausführungsformen schematisch in einem Querschnitt des Glasfaserkabels zeigen, dass in dem Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist;
6 schematisch einen möglichen Weg zeigt, um das Unterstützungsseil von den spiralförmig gewickelten isolierten Leitern zu extrahieren, um das Kabel an einer Oberleitung aufzuhängen.
Mit Bezug auf 1 umfasst das elektrische Dreifachkern-Kabel (1), das im Besonderen für eine Energieverteilung mittlerer Spannung geeignet ist, drei einzelne Kernelemente (10), die spiralförmig um ein Verstärkungsseil (2) gewickelt sind, das ein Glasfaserelement (3) umfasst (dessen spezifische Struktur der, die in 3 gezeigt ist, wie es unten beschrieben ist, entspricht), dass in einer röhrenförmigen Struktur (4) eingefasst ist, um die eine Verstärkungsstruktur (5) vorhanden ist.
Jedes Einzelkernelement (10) umfasst von innen nach außen einen Leiter (11), eine innere Halbleiterschicht (12), eine isolierende Schicht (13), eine äußere Halbleiterschicht (14), eine Metallabschirmung (15) und eine äußere Hülle (16).
Der Leiter (11) besteht im Allgemeinen aus elementaren Metalldrähten, die vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sind, die gemäß herkömmlicher Verfahren zusammen verseilt sind, oder aus einem einzelnen festen Aluminiumleiter.
Die isolierende Schicht (13) wird durch Extrudieren eines Polymerverbunds, vernetzt oder nicht-vernetzt, hergestellt, der als seine Basiskomponente ein Polymer umfasst, das beispielsweise aus den folgenden ausgewählt ist: Polyethylen, im besonderen mit geringer Dichte (LDPE), lineares Polyethylen geringer Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE, vernetztes Polyethylen (XLPE); Polypropylen (PP); thermoplastische Propylen/Ethylen Copolymere; Ethylen-Propylen Gummis (EPR) oder Ethylen-Propylen-Polyen Gummis (EPDM); Natürlich Gummis; Butyl Gummis; Ethylen/Vinyl Acetat Copolymere (EVA); Ethylen/Methyl Acrylat Copolymere (EMA); Ethylen/Ethyl Acrylat Copolymere (EEA); Ethylen/Butyl Acrylat Copolymere (EBA); thermoplastische Ethylen/Alpha-Olefin Copolymere; oder Mischungen davon. Eine Vernetzung, sofern vorhanden, kann durch bekannte Verfahren durchgeführt werden, im Besonderen mittels Peroxid-Initiatoren oder mittels hydrolysablen Silangruppen.
Die Halbleiterschichten (12, 14) werden durch Extrudieren von Kompositionen basierend auf Polymeren, die aus denen, die oben für die isolierende Schicht (13) angedeutet sind, ausgewählt sind, mit dem Zusatz von Kohlenschwarz in ausreichenden Mengen, um Halbleitereigenschaften zu vermitteln, gefertigt.
Die Metallabschirmung (15) besteht im Allgemeinen aus Metalldrähten oder Bändern, die in Längsrichtung angeordnet sind oder spiralförmig um den Kern des Kabels gewickelt sind.
Eine äußere Schutzschicht (16), die aus einem thermoplastischen Material besteht, im Allgemeinen Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC), wird normalerweise um die Abschirmung (15) aufgebracht.
Mit Bezug auf 2 ist das elektrische Dreifachkern-Kabel (1), das im Besonderen für eine Energieverteilung geringer Spannung geeignet ist, strukturell gleich dem, das in 1 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass es weder die Halbleiterschichten (12, 14) noch die Metallabschirmung (15) aufweist.
Um Eigenschaften einer Einschlagswiderstandfähigkeit zu verleihen, kann eine Schicht eines ausgedehnten Polymermaterials (nicht gezeigt in 1 und 2) um die Hülle (16) vorgesehen sein, wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 98/52197 beschrieben ist. Im Besonderen werden Polymermaterialien bevorzugt, die vor der Aufweitung bei Raumtemperatur ein Elastizitätsmodul von mehr als 200 MPa und vorzugsweise von wenigstens 400 MPa (gemessen gemäß des ASTM D790 Standards) aufweisen, aber in jedem Fall nicht 2.000 MPa übersteigen, um die Starrheit des Kabels nicht übermäßig zu erhöhen. Das Polymermaterial kann im Besonderen aus Olefinpolymeren oder Copolymeren, bevorzugt basierend auf Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP), gemischt mit Ethylen-Propylen Gummis, ausgewählt werden. Vorzugsweise kann PP, das mit Ethylen-Propylen Gummis (EPR) modifiziert ist, mit einem PP/EPR Gewichtsverhältnis von ungefähr 90/10 und 50/50, vorzugsweise zwischen 85/15 und 60/40, verwendet werden. Der Grad der Aufweitung bzw. Ausdehnung des Polymers ist gemäß dem spezifischen Polymer, das verwendet wird, und der Dicke der Abdeckung, die herzustellen ist, hoch variabel. Im Allgemeinen kann der Grad der Aufweitung von 20% bis 3.000% variieren, vorzugsweise von 30% bis 500%. Weitere Details der Eigenschaften dieser aufgeweiteten Polymerschicht werden in der vorgenannten WO 98/52197 gegeben, wobei der Text davon einen integralen Teil der vorliegenden Beschreibung bildet.
Die röhrenförmige Struktur (4) besteht im Allgemeinen aus einem Material, das ein hohes mechanisches Modul aufweist, vorzugsweise ein Metall oder ein polymerisches Material. Vorteilhafterweise weisen Metalle oder Metalllegierungen einen hohen Korrosionswiderstand auf, beispielsweise kann Aluminium oder Edelstahl verwendet werden, oder Hoch-Modulpolymere („Technopolymere"), wie beispielsweise Polypropylen, modifiziertes Polypropylen, Polybutylen Terephthalate (PBT), Polyether Imide, Polyether Sulphone und dergleichen.
Die röhrenförmige Struktur (4) kann alternativ aus einem ausgedehnten Polymermaterial, wie beispielsweise denen, die in der oben genannten WO 98/52197 beschrieben sind, auf eine ähnliche Weise, wie es oben angedeutet ist, für die ausgedehnte bzw. aufgeweitete Schicht, die um die Hülle (16) vorgesehen sein kann, bestehen. Die Verwendung eines ausgedehnten Polymermaterials ermöglicht es, das Gesamtgewicht des Kabels wirksam zu verringern und die Energie, die von den querlaufenden Kompressionskräften, wie beispielsweise denen, die oben beschrieben sind, abgeleitet werden, wirksam abzuführen.
Die Verstärkungsstruktur (5) wird um die röhrenförmige Struktur (4) angeordnet, wobei die Verstärkungsstruktur (5) im Allgemeinen aus einer Armierung besteht, die eine oder mehrere Schichten von Metalldrähten (50) umfasst, die vorzugsweise aus Stahl, die möglicherweise auf eine solche Weise mit Aluminium abgedeckt oder Zink-Plattiert sind, dass ihr Korrosionswiderstand erhöht wird, oder alternativ aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt sind. Die Metalldrähte sind spiralförmig um die röhrenförmige Struktur (4) auf eine solche Weise verseilt, dass sie eine kompakte Struktur ausbilden.
Im Besonderen kann mit Referenz auf 2, betreffend ein Geringspannungskabel, die Verstärkungsstruktur (5) durch eine elektrisch isolierende Schicht (6) abgedeckt sein. In dieser Ausführungsform weist das Verstärkungsseil (2) die zusätzliche Funktion eines neutralen Leiters für das Kabel auf.
Das Glasfaserelement (3), dessen Struktur aus denen ausgewählt werden kann, die im Allgemeinen für Kerne von optischen Kabeln verwendet werden, wird innerhalb der röhrenförmigen Struktur (4) aufgenommen. Der äußere Durchmesser des Glasfaserelements (3) ist auf eine solche Weise ist etwas kleiner als der innere Durchmesser der röhrenförmigen Struktur (4), dass ein einfaches Einbringen in die röhrenförmige Struktur erlaubt wird, während gleichzeitig eine im wesentlichen laterale Bewegung des optischen Elements (3) innerhalb der Struktur (4) verhindert wird, welche die optischen Fasern beschädigen könnte.
Eine erste Ausführungsform des Glasfaserelements (3) ist in 3 gezeigt. Diese weist in der radialen innersten Position ein Verstärkungselement (31) auf, dass typischerweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Um das Verstärkungselement (31) sind eine oder mehrere röhrenförmige Elemente (32) angeordnet, die normalerweise aus PE, PBT oder PP gefertigt sind, zwischen denen die optischen Fasern (33) angeordnet sind, die in einem Pufferfüller (34) eingetaucht sind, dessen Funktion darin besteht irgendein Wasser, das in das optische Element eindringen kann, zu blockieren. Die röhrenförmigen Elemente (32) sind ferner gewöhnlich in einen Pufferfüller (35) eingebettet. Der Pufferfüller, der normalerweise verwendet wird, ist eine Komposition basierend auf einem Silikonöl, einem Mineral (naphtenisch oder paraphinisch) oder einer synthetischen Art, der ein viskoseerhöhendes Mittel, beispielsweise ein elasthomerisches Polymer, mit einer geringen Glasüberganstemperatur (beispielsweise Polyisobutene) und wenn notwendig ein beigefügt Verdickungs-/thixotropisches Mittel (beispielsweise pyrogenes Silica) zusätzlich zu einem anti-Oxidanten beigefügt ist. Der Pufferfilter kann ferner, wenn notwendig, als ein Wasserstoffabsorbierer wirken; in diesem Fall wird ein wasserstoffabsorbierender Zusatz, wie beispielsweise Kohlenstoffpalladiat dahinein dispergiert.
Um die röhrenförmigen Elemente (33) ist gewöhnlich eine erste Aufnahmeschicht (36), die beispielsweise aus einer Wicklung von synthetischen Faserbändern, beispielsweise Polyester, besteht, das eine Funktion des Bindens des optischen Kerns aufweist und eine zweite Aufnahmeschicht (37) vorgesehen, die beispielsweise aus gewundenen Bändern von einem Aramidmaterial (beispielsweise Kevelar^®) besteht, das mechanische und Wärmeisolationsfunktionen aufweist.
4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Glasfaserelements (3), das in dem Hybridkabel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es weist in der radialen innersten Position ein Verstärkungselement (31) auf, auf dem ein genuteter Kern (38) extrudiert ist, in dem äußere Nuten (39) ausgebildet sind, die sich entweder spiralförmig oder mit einem s-z Weg entlang der gesamten äußeren Oberfläche des Kerns erstrecken. Die Nuten (39) sind mit einem Puffermaterial (34), wie es oben beschrieben ist, gefüllt und nehmen die optischen Fasern (33) auf. Der genutete Kern (38) wird anschließend von einer Aufnahmeschicht (36) des Typs der oben für 2 beschrieben ist, umgeben.
Schließlich zeigt 5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Glasfaserelements (3). Dieses Element umfasst ein röhrenförmiges Element (32), das die optischen Fasern (33) enthält, die vorzugsweise lose in dem Puffermaterial (34) angeordnet sind.
Mit Bezug auf 6 kann das Hybridkabel gemäß der vorliegenden Erfindung an den vorbestimmten Punkten entlang der Kabelausdehnung an einer Oberleitung gemäß dem folgenden Verfahren aufgehängt werden.
Als erstes wird wenigstens einer der drei isolierten Leiter gedrückt, um die Leiterwicklung teilweise zu öffnen und das Verstärkungsseil von außen leicht zugänglich zu machen. Dieser Vorgang kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Keile durchgeführt werden, die zwischen den isolierten Leitern eingebracht sind.
Anschließend wird, wie es in 6 gezeigt ist, ein Haken (60) zwischen die isolierten Leiter (10) eingebracht, um das Verstärkungsseil (2) zu ergreifen. Um die Extraktion zu vereinfachen kann der Haken (60) mechanisch mit einem Endpunkt eines zylindrischen Elements (61) verbunden werden, das in Längsrichtung innerhalb eines Gehäuses (62) bewegbar ist. Die Längsbewegung kann beispielsweise durch drehen eines Knopfs (63) erzielt werden, der an dem äußeren Endpunkt des zylindrischen Elements (61) gegenüber dem Haken (60) vorgesehen ist. Die äußere Oberfläche des zylindrischen Elements (61) ist daher mit einem Gewinde (64) vorgesehen, um es mit dem Gehäuse (62) in Eingriff zu bringen, dessen innere Oberfläche ein Gegengewinde aufweist. Um den Haken (60) mit dem zylindrischen Element (61) zu verbinden, wobei sie unabhängig drehbar gelassen werden, ist ein Pin (65) in dem zylindrischen Element (61) vorgesehen. Das Gehäuse (62) kann an einem Endpunkt mit Verstärkungsblöcken (66) vorgesehen sein, um gegen die isolierten Leiter (10) zu lehnen, um das Einbringen des Haken (60) und die Extraktion des Seils (2) zu unterstützen.
Das Hybridkabel gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels einer Legemaschine hergestellt werden, die Herkömmlicherweise in der Kabelindustrie verwendet wird. Um irgendeine Beschädigung des optischen Elements zu vermeiden, ist es wichtig, während der Herstellung wichtig auf das Verstärkungsseil einen Zug anzuwenden, der ausreichend ist, das Seil konstant in einer zentralen Position bezüglich der isolierten Leiter, die darum gewickelt sind, zu halten. Folglich wird verhindert, dass das Verstärkungsseil übermäßig und nicht gleichförmig durch die isolierten Leiter komprimiert wird.
Ein Hybridkabel gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Struktur in 1 gezeigt ist, wurde hergestellt. Das elektrische Kabel bestand aus drei Einzelkernelementen (nomineller Durchmesser: 24 mm), wobei jedes (von innen nach außen) ausgebildet war durch: einen Aluminiumleiter mit einem Querschnitt von 35 mm²; einer inneren Halbleiterschicht (Dicke: 0,5 mm); einer vernetzten EPR Isolierschicht (Dicke: 5,5 mm); einer äußeren Halbleiterschicht (Dicke 0,5 mm); einer Aluminiumbandabschirmung, die längs angeordnet war, (Dicke 0,15 mm); eine Polyethylenhülle (Dicke 1,8 mm). Das Gesamtgewicht des elektrischen Kabels betrug ungefähr 2,28 kg/m.
Die drei Einzelkernelemente wurden spiralförmig (Neigung= ungefähr 850 mm) um ein Verstärkungsseil gewickelt, das einen optischen Kern, wie es in 2 gezeigt ist, enthält. Das Verstärkungsseil, das einen Gesamtdurchmesser von 12,48 mm aufwies, bestand aus einem optischen Kern (äußerer Durchmesser: 5,5 mm), der in einer Aluminiumröhre eingefasst wurde, die einen äußeren Durchmesser von 8,0 mm und eine nominale Dicke von 1,25 mm aufwies, eingepasst, um die herum 14 aluminiumbedeckte Stahldrähte (Alumoweld) vorhanden waren, wobei jeder davon einen nominalen Durchmesser von 2.24 mm aufwies. Das Gesamtgewicht des Verstärkungsseils betrug ungefähr 0,48 kg/m.
Das Verstärkungsseil wurde mechanischen Tests unterworfen, die einen Belastungswert bei Bruch von 75,4 kN offenbarten und einen Wert eines äquivalenten Elastizitätmoduls (für eine Verlängerung von 0,3%) von 11000 kN/mm². Es wurde keine Abschwächung des optischen Signals (gemessen durch einen „Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)) bis zu einer Belastung von 38 kN beobachtet. Ferner wurden Kompressionstests an dem Verstärkungsseil durch Wickeln um einen Zylinder, der einen Durchmesser von 800 mm aufwies, mit einer Zugkraft von ungefähr 5.320 kg durchgeführt, somit wurde eine radiale Kompression von 13.300 kg/m bestimmt. Nach dem Test zeigten das Seil und die Aluminiumröhre keine permanenten Verformungen und keine OTDR Verringerung des optischen Signals wurde beobachtet.
Die Messungen, die so erhalten wurden, zeigen, dass das Verstärkungsseil, welches das optische Element enthält, im Stande ist, hohen Zugkräften, ohne Verursachung von Verringerungsphänomenen für die optischen Fasern, zu widerstehen. Beispielsweise kann das Hybridkabel, das oben beschrieben ist, in Oberleitungen mit Längen von bis zu 150 m zwischen Masten, was Zugkräften von nicht mehr als 10 kN entspricht, mit einem ausgedehnten Sicherheitsspielraum für die Integrität des optischen Elements installiert werden.

Claims

Elektrisch-optisches Hybridkabel (1) für überirdische Installationen, umfassend drei isolierte Phasenleiter (10), die spiralförmig um ein Verstärkungsseil (2) gewickelt sind, bei dem das Verstärkungsseil umfasst: – wenigstens ein Glasfaserelement (3); – eine röhrenförmige Metallstruktur (4), die das wenigstens eine Glasfaserelement enthält; – eine Verstärkungsstruktur (5), die gegen Spannungen in Längsrichtung beständig ist und außerhalb der röhrenförmigen Metallstruktur angeordnet ist.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die röhrenförmige Metallstruktur aus einer Metalllegierung besteht.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die röhrenförmige Struktur aus Aluminium oder Edelstahl besteht.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Verstärkungsseils und dem Durchmesser jedes isolierten Leiters so vorbestimmt ist, dass das Seil von dem spiralförmig gewickelten isolierten Leiter extrahierbar ist.
Kabel nach Anspruch 4, bei dem das Verhältnis größer als 0,3 ist.
Kabel nach Anspruch 5, bei dem das Verhältnis zwischen 0,4 und 1,5 liegt.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die isolierten Leiter mit einer vorbestimmten Steigung so um das Verstärkungsseil gewickelt sind, dass das Kabel selbstunterstützend ist.
Kabel nach Anspruch 7, bei dem die Neigung 10 bis 50 mal dem Durchmesser jeden isolierten Kabels ist.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkungsstruktur eine Armierung umfasst, die eine oder mehrere Schichten von Metalldrähten (50) umfasst, die spiralförmig um die röhrenförmige Struktur verseilt sind.
Kabel nach Anspruch 9, bei dem die Metalldrähte aus Stahl bestehen.
Kabel nach Anspruch 9, bei dem die Metalldrähte aus Aluminium-überzogenem oder Zink-plattiertem Stahl bestehen.
Kabel nach Anspruch 9, bei dem die Metalldrähte aus einer Aluminiumlegierung bestehen.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkungsstruktur mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Glasfaserelement ein zentrales Verstärkungselement (31) ist, um welches herum ein oder mehrere röhrenförmige Elemente (32) angeordnet sind, die eine oder mehrere optische Fasern (33) enthalten, die in einen Pufferfüller (34) eingetaucht sind.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Glasfaserelement ein zentrales Verstärkungselement (31) umfasst, um welches herum ein genuteter Kern (38) angeordnet ist, in dem außen eine oder mehrere Nuten (39) ausgebildet sind, die sich in Längsrichtung entlang der äußeren Oberfläche des Kerns erstrecken, wobei die Nuten mit einem Pufferfüller (34) gefüllt sind, in denen eine oder mehrere optische Fasern (33) untergebracht sind.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Glasfaserelement ein röhrenförmiges Element (32) umfasst, das eine oder mehrere optische Fasern (33) enthält, die in einem Pufferfüller (34) eingetaucht sind.
Oberleitungssystem zur Verteilung elektrischer Energie und für Telekommunikation, umfassend ein Kabel (1), das drei isolierte Phasenleiter (10) umfasst, die um ein Verstärkungsseil (2) gewickelt sind, wobei das Kabel zwischen Stützstrukturen durch Ankermittel befestigt ist, die auf dem Verstärkungsseil agieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsseil wenigstens ein Glasfaserelement (3) enthält, das in eine röhrenförmigen Metallstruktur (4) eingepasst ist, die gegenüber einer schräglaufenden Kompression beständig ist.
Verfahren zum Aufhängen eines elektrisch-optischen Hybridkabels (1) an eine Oberleitung, wobei das Kabel umfasst: – drei isolierte Phasenleiter (10), die spiralförmig um ein Verstärkungsseil (2) gewickelt sind, – eine röhrenförmige Metallstruktur (4), die wenigstens ein optisches Element (3) enthält, und – eine Verstärkungsstruktur (5), die außerhalb der röhrenförmigen Struktur angeordnet ist, bei dem das Verfahren umfasst: – Schieben wenigstens eines der drei isolierten Leiter, derart, dass das Verstärkungsseil von außen zugänglich ist; – Einhängen des Verstärkungsseils mittels eines Einhängmittels (60); – Extrahieren des Verstärkungsseils mittels des Einhängmittels von den gewickelten isolierten Leitern um eine vorbestimmte Länge; – Arretieren der extrahierten Länge des Verstärkungsseils durch ein Ankermittel; – Freigeben des Verstärkungsseils von dem Einhängmittel; – Aufhängen des Kabels an Aufhängstrukturen der Oberleitung mittels des Ankermittels.