DE7911392U1

DE7911392U1 - Koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen

Info

Publication number: DE7911392U1
Application number: DE19797911392
Authority: DE
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1979-07-19

Description

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Feiten & Guilleaume Carlswerk AG Köln, den 17.4.79

Schanzenstraße Do/Gp

5000 Köln 80

Koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von :

Hochspannungsimpulsen

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen, bestehend aus einem zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden inneren Leiterglättung, aus einer die Leiterglättung umgebenden, massiven Kunststoffisolierung, aus einer die Kuns^stoffisolierung umgebenden äußeren leiterglättenden Schicht, und aus einem flexiblen, zylindrischen Außenleiter.

Koaxiale Hochfrequenzkabel für den genannten Zweck sind im Grunde | nach hochfrequenztechnischen Gesichtspunkten aufgebaute Hochspannungskabel, die der übertragung sehr kurzer Hochspannungsimpulse einheitlicher Polarität (Gleichspannungsimpulse) dienen. Flankensteilheit und Impulslänge ergeben Spektralanteile, die bis 50 oder 100 MHz reichen. Je nach Aufbau des Kabels erfahren die hochfrequenten Spektralanteile des Impulses eine so hohe Dämpfung, daß entweder nur kurze Übertragungsstrecken realisiert werden können oder aber eine hohe Impulsverformung in Kauf genommen werden muß.

Hohe Betriebsspannungen von beispielsweise 100 kV verursachen an den Grenzflächen der Isolierung so hohe Feldstärken, daß in der Regel mit Leiterglättung aus halbleitendem thermoplastischem Material sowie mit Graphit und halbleitendem Papier gearbeitet werden muß.

Zwar kann durch verfahrenstechnische Vorkehrungen im Falle zylindrischer Innenleiter aus Rohren oder Massivdrähten erreicht werden, daß die Isolierung hier ohne Leiterglättung aufgebracht werden könnte, ohne daß nenneswerte Teilentladung im Betrieb auftreten. Soll aber

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aus Gründen der Flexibilität des fertigen Kabels ein Innenleiter aus einen; metallischen Seil verwendet werden, muß für den genannten Zweck auf den Innenleiter eine bekannte Leiterglättung aufgebracht werden. Ein auf die Isolierung aufgebrachter Außenleiter, insbesondere wenn er flexibel sein soll, führt aber zwangsläufig zu Spalten und Lücken zwischen dem Leitermaterial und der Isolierung, die zu Teilentladungen führen. Will man diese Teilentladungen vermeiden, die Spannungsbelastbarkeit der Isolierung also voll nutzen, | so muß zwischen der Isolierung und dem Außenleiter eine halbleiten- I de Schicht aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff oder aus einer dünnen Schicht Graphit und darüber gewickeltem halbleitenden Papier angeordnet sein.

( Eine derartige bekannte Leiterglättung liefert aber bei höheren | Frequenzen hohe Zusatzdämpfungen, die bereits bei etwa 30 MHz 50 % der Gesamtdämpfung ausmachen können. Auch eine Vergrößerung der Leiterabmessungen bringt keine wesentliche Verminderung der Gesamt- |

ttämpfung. \

Bekannt ist ein Hochfrequenzkoaxialkabel für Antennenleitungen mit einem metallischen Innenleiter, einem den Innenleiter konzentrisch § umgebenden Volldielektrikum aus Kunststoff, einem das Dielektrikum umschließenden Außenleiter aus einem Metalldrahtgeflecht und einem dasselbe umgebenden, mindestens einseitig metallisierten Kunststoff- | folienband sowie einem den Außenleiter als äußere Schutzhülle umge- g , benden Kunststoffmantel, bei dem das Kunststoffolienband wendelförmig unter Überlappung seiner Bandränder auf das Metalldrahtgeflecht aufgebracht ist und das Drahtgeflecht das Dielektrikum nur teilweise überdeckt und bei dem das Kunststoffolienband an den von dem Drahtgeflecht nicht überdeckten Stellen des Dielektrikums muldenförmig in die Zwischenräume zwischen den Drähten des Drahtgeflechtes eingedrückt ist (DE-AS 27 11 ?80).

Dieser bekannte Aufbau eines Außenleiters für ein koaxiales Hochfrequenzkabel wurde im Hinblick auf eine gute Schirmwirkung des Kabels auch nach mehrfacher Biegebeanspruchung entwickelt. Hochspannungsmäßige Überlegungen brauchten bei Ihm aber nicht berücksichtigt zu werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen zu schaffen, das bei einem zu fordernden Größtmaß an Flexibilität und Teilentladungsfreiheit die durch die äußere Leiterglättung verursachte Zusatzdämpfung vermeidet, ohne die Verarbeitung des Kabels und die Montage von Steckern zu erschweren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Außenleiteraufbau mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß Hohlräume zwischen Leiterglättung und Metallaußenleiter vermieden werden, die zu Mantelströmen in der Leiterglättung Anlaß geben würden und die vorstehend erwähnten hohen Verluste verursachen würden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Kabel mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Außenleiters bei JO MHz keine meßbare Zusatzdämpfung durch die Leiterglättung mehr aufweist. Da bei dieser Frequenz der Hochfrequenzstrom infolge des skin-Effektes nur noch in den größenordnungsmäßig 15 /um messenden Metallschichten der Verbundfolie fließt, die Zusatzdämpfung eines Drahtgeflechtes gegenüber einem Metallrohr also gar nicht mehr wirksam werden kann, tritt bei diesem Aufbau sogar eine Reduzierung der Wellendämpfung im Ver-(J) gleich zu der Ausführung ohne Leiterglättung auf. Die Wellendämpfung konnte von bisher 2,4 dB/100 m bei einem Vergleichbaren herkömmlichen Kabel auf 0,9 dB/l00m bei einer Meßfrequenz von 30 MHz reduziert werden. Bei Verwendung einer Graphitschicht als äußere Leiterglättung kann auf das sonst nötige schützende Rußpapier verzichtet werden, da die Metall-Kunststoff-Verbundfolie glatt auf der Graphitschioht aufliegt, diese also keines äußeren Schutzes mehr bedarf.

Ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn die äußere leiterglättende Schicht aus einem extrudierten halbleitenden thermoplastischen Kunststoff besteht, die erfindungsgemäß weder mit der Isolierung noch mit der darüber befindlichen Metallschicht durch Verkleben oder Verschweißen eine mechanisch feste Verbindung auf v/eist.

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Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der einzigen Figur ist der Aufbau eines koaxialen Hochfrequenzkabeis für die Übertragung von Kochspannungsimpulsen schematisch dargestellt. Der Tnnenleiter ist mit 1 bezeichnet und im Beispiel als Massivleiter gezeichnet. Er kann aber auch aus einem Metallrohr oder einem Metallseil bestehen. In: letzteren Fall ist die ihn umgebende Lelterglättung 2 unumgänglich. Die die innere Leiterglättung 2 umgebende massive Isolierung 3 besteht vorteilhafterweise aus Polyäthylen oder einem ähnlichen thermoplastischen Kunststoff mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor für die auftretenden Spektralfrequenzen bis etwa 100 MHz von z.B. 2 χ 10 . Die Massivisolie- > rung 5 wird von einer äußeren leiterglättenden Schicht h umgeben, die vorteilhafterweise aus Graphitpulver besteht. Sie kann aber auch aus einem extrudlerten, halbleitenden thermoplastischen Kunststoff bestehen, der dann keine mechanisch feste Verbindung mit der Isolierung 3 und der inneren Schicht 5 des Außenleiters haben darf. Über der äußeren leiterglättenden Schicht 4 liegt die innere Schicht 5 des Außenleiters, die aus einem oder mehreren, achsparallel verlaufenden, beidseitig mit metallbeschichteten Kunststoffbändern mit sich achsparallel überlappenden Bandkanten 6 besteht. Diese innere Schicht des Außenleiters kann grundsätzlich aus einem einzigen Band 5 bestehen. Die Fertigung wird jedoch wesentlich vereinfacht, wenn mehrere parallellaufende Bänder 5 mit sich überlappenden BandNanten ,-χ 6 verwendet werden. Über der inneren Schicht 5 des Innenleiters liegt eine zweite Schicht aus wendelförmig unter Zugspannung gewickel ten, ebenfalls beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbändern 7, deren Kanten 8 sich um etwa 50 % der Breite B der Einzelbänder überlappen. Auch die mittlere Schicht des Außenleiters kann grundsätz lich aus einem Band 7 hergestellt werden, die Fertigung eines einwand freien Kabels wird aber durch die Verwendung von mehreren parallellaufenden Bändern 7 erleichtert. Über der mittleren Schicht 7 des Außenleiters ist die äußere Leiterhülle 9 gezeichnet, deren Aufbau den Anforderungen an das Kabel angepaßt ist. Die Leiterhülle 9 kann als Bandwicklung, als Reuse, als Geflecht oder auch als Rohr ausgebil det sein. Es können auch mehrere Außenleiterhüllen übereinander angebracht werden. Über der Leiterhülle 9 ist noch ein Kabelmantel 10 ge-

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zeichnet, der dem Schutz des Kabels beim Transport und bei der Verlegung gegen mechanische Beschädigung und das Eindringen von Feuchtigkeit dient.

Als Werkstoff für die beschichteten Kunststoffbänder 5 und 7 wird vorteilhafterweise Polyäthylenterephthalat verwendet, da dieser Werkstoff eine gute Dauerelastizität besitzt und sich mit ihm leicht beidseitig mit Metall beschichtete Kunststoffbänder herstellen lassen, die sich um wenigstens 15 % dehnen lassen, ohne daß der Metallbelag Poren oder gar Risse zeigt. Ferner hat dieser Werkstoff den nötigen höheren Schmelzpunkt als das für die Isolierung J> und für den Kabelmantel 10 verwendete Polyäthylen. Die auf die Kunststoffbänder 5 und 7 aufgebrachten Metallschichten können aus Kupfer oder Aluminium bestehen, dieses kann blank sein oder eine Oberflächenvergütung wie Versilberung oder Versinnung besitzen. Für bestimmte Anwendungsfalle kann auch die Außenleiterhülle 9 aus derartigen metallisierten Folien bestehen.

Claims

45,09 i '\ i i:~i- ■ :·':··| 17.^.79 Ansprüche:

1. Koaxiales Hochfrequenzkabel für die Übertragung von Hochspannungsimpulsen, bestehend aus einem zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden inneren Leiterglättung, aus einer die Leiterglättung umgebenden, massiven Kunststoffisolierung, aus einer die Kunststoffisolierung umgebenden äußeren leiterglättenden Schicht und aus einem flexiblen, zylindrischen Außenleiter, ("j dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter aufgebaut ist- aus

A einem oder mehreren, achsparallel verlaufenden, beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbändern (5) mit sich achsparallel überlappenden Bandkanten (6),

B einem oder mehreren darüber wendelförmig unter Zugspannung gewickelten, beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbändern (7),

C deren Kanten (8) sich um etwa 50 % der Bandbreite (B) überlappen und

D einer oder mehreren Leiterhüllen (9) aus Metallband oder Metalldrähten.

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2. Koaxiales Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere leiterglättende Schicht (4) aus Graphitpulver besteht.

3. Koaxiales Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere leiterglättende Schicht (4) aus einem extrudierten, halbleitenden thermoplastischen Kunststoff besteht.

4. Koaxiales Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leiterglättende Kunststoffschicht (4) keine mechanisch feste Verbindung mit der Isolierung und dem Außenleiter (5) hat.

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5. Koaxiales Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbänder (5 und 7) aus einem Werkstoff bestehen, der einen höheren Schmelzpunkt hat als der Werkstoff der Isolierung

6. Koaxiales Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbänder (5 und 7) beidseitig mit Aluminium oder Kupfer beschichtet sind.

7. Koaxiales Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitig mit Metall beschichteten Kunststoffbänder (5 und 7) eine Gesamtdicke von etwa

1. 0,1 mm haben.