DE7927263U1 - Starkstromkabel für Mittelfrequenzdrehstrom - Google Patents

Description

DipL-lng. Harro Gralfs

Gralfs Patentanwalt Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany

Am Bürgerpark 8

D 3300 Braunschweig, Germany

Telefon 0531-74798

Cable paimarks braunschweig

G/WS - P 1157

Anton Piller GmbH & Co. KG

Abgunst 24

3360 Osterode/Harz

{'starkstromkabel für Mittelfrequenzdrehstrom

Die Erfindung bezieht sich auf ein Starkstromkabel für Mittelfrequenzdrehstrom j insbesondere Drehstromnetze mit einer Frequenz von 400 Hz und höher.

Drehstrom mit Mittel frequenz, insbesondere '10O Hz, findet beispielsweise Verwendung in der Flugzeugtechnik, der Wehrtschnik und in der Computertechnik. Dabei müssen teilweise hohe Leistungen übertragen werden. Bei der Γ*ertragung gi-oßer Leistungen mit einer Frequenz von 400 Hz odev mehr treten in den Leitungen eine Reihe von Erscheinungen auf. die in 50/60-Hz-Netzen nahezu bedeutungslos sind und daher normalerweise nicht beachtet werden müsser..

In Mittelfrequenrnetzen treten insbesondere auf:

1. erhöhte UbertragungsVerluste

2. erhöhter Blindspannungefall

3. Spannungsunsymmetrie am Ende dee Versorgungskabels k. induzierte Ströme in Schutzleiterschleifen,

Durch die höhere Betriebsfrequenz tritt eine spürbare Erhöhung des Leiterwiderstandes durch Stromverdrängungseffekte ein. Diese können in Skineffekt und Nähewirkung aufgeteilt werden, wobei es durch den Skineffekt zu einer Stromverdrängung im Leiter durch das eigene Feld kommt, während die Hähewirkung zu einer StromVerdrängung durch das Fold benachbarter Leiter führt. Im Bereich der interessierenden Leiterquerschnitte bis 120 mm² steigen beide Effekte quadratisch mit der Betriebsfrequenz und quadratisch mit dem Leiterquerschnitt an. Sie verursachen bei Ί00 Hz erhebliche Verluste. Durch die damit verbundene Widerstandserhöhung kommt es zu einer beträchtlichen Erhöhung des ohmschen Spannungsfalles.

Da die relative Widerstandserhöhung mit dem Querschnitt stark ansteigt, hat man bisher größere Querschnitte möglichst vermieden und ist statt dessen auf mehrere parallel geschaltete Kabel übergegangen.

Der Toannungefall im Leiter setzt sich zusammen aus dem Wirkspannungsfall IxR und dem Blindspannungsfall I χ cos. "-Ρ Beide sind geometrisch zu addieren. Durch die Frequenzabhängigkeit des Blindspannungsfalles tritt dieser stark in Erscheinung im Gegensatz- z-u einem 50-Hz-Strcm. wo er praktisch bedeutungslos ist.

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Die Induktivität des Kabele hängt vom Verhältnis des Kabeldurchmeseers zum Aderabstand ab und ist somit nahezu unabhängig vom Aderquerschnitt. Der Blindwiderstand eines Kabels gegebener Konstruktion ist also durch Vergrößerung des Querschnittes praktisch nicht beeinflußbar. Auch hier bot bisher die Parallelschaltung mehrerer Kabel die einsige Abhilfe.

Die Einhaltung der Symmetrie der Spannung am Kabelende, die für die meisten Verbraucher innerhalb enger Toleranzen gefordert wird, ist nur möglich, wenn die Wirk- und Blindspannungsfälle in allen drei Phasenleitern gleich groß sind. Dies ist für 3-Leiterkabel gegeben, wenn die Abstände zwischen den Leitern gleich groß sind. Problematisch ist bei bekannten Kabeln jedoch die Mitführung eines vierten Leiters, der als Schutz- oder Nulleiter vorgesehen werden muß. Wird ein 4-Leiterkabel üblicher Bauart verwendet, ergeben sich für die Betriebsinduktivitäten der einzelnen Leiter Unterschiede von ca. 30 %. Diese rufen eine erhebliche Spannungsunsymmetrie am Kabelende hervor.

Bei Verwendung des vierten Leiters als Mittelpunktleiter wird in diesem aufgrund unterschiedlicher Gegeninduktivitäten zu den Phasenleitern selbst bei symmetrischer Belastung eine beträchtliche Spannung induziert, wodurch die Unsymmetrie noch weiter vergrößert wird. Ein übliches Ί-Leiterkabel ist daher für die Verwendung in Mittelfrequenznetzen ungeeignet.

Symmetrische Spannungsverhältnisse sind mit NYCY-Kabeln erreichbar, bei denen die drei Phasenleiter zueinander gleiche Abstände haben und der Nulleiter als konzentrischer Außenleiter

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aufgebracht ist. Ein solches Kabel hat jedoch durch die Wirbelströme, die in konzentrischen Außenleitern auftreten, hohe übertragungsverluete.

Zu H.)

Wird bei einem unsymmetrischen Kabelaufbau der vierte Leiter als Schutzleiter verwendet, so wird in diesem aufgrund unterschiedlicher Gegeninduktivitäten eine Spannung induziert. Werden in ausgedehnten Kabelnetzen Schutzleiterschleifen gebildet, wie es häufig unbeabsichtigt durch Mehrfacherdung geschieht, so bilden sich in diesen Schleifen Ströme aus, die die Größenordnung der Betriebsströme erreichen können. Werden in Netzen Kabel mit unterschiedlichen Querschnitten verwendet, kann es hierdurch zu gefährlichen Überlastungen der Schutzleiter kommen. Eine sorgfältige Planung des Schutzleitersystems unter Einbeziehung aller Schutzkreise ist daher unumgänglich. Bei einem NYCY-Leiter sind Schutzleiterschleifen wegen der symmetrischen Lage des Schutzleiters zu den Phasenleitern unproblematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Starkstromkabel für Mittelfrequenz zu schaffen, mit dem es möglich ist, höhere Leistungen mit wesentlich geringeren Verlusten zu übertragen, so daß in den meisten Fällen mit einem Einzelkabel gearbeitet werden kann unfl auf Parallelschaltung und die bekannte Kompensation der Blindspannungsfälle durch Längekondensatoren verziehtet werden kann.

Diese Aufgabe wird cemäß der Erfindung gelöst durch ein Starkstromkabel, bei dem um einen zentralen Null- oder Schutzleiter herum sechs Phasenleiter gleichen Querschnitts angeordnet sind. Dabei weist der Mittelleiter vorzugsweise den gleichen Querschnitt auf wie die Phasenleiter.

Ein Starkstromkabel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung achematisch dargestellt.

Das dargestellte Kabel weist um einen Nulleiter 2 herum sechs Phasenleiter 4 bis 14 auf. Die sechs Phasenleiter sind symmetrisch um den zentralen Leiter herum angeordnet, der als Null' oder Schutzleiter verwendet; wird. Die Leiter 2 bis 11 sind jeweils getrennt isoliert. Die Phasenleiter sind vorzugsweise um den Mittelleiter ^l ram verseilt* Die Leiter sind außen mit einer nicht leitenden Isolierung 16 versehen.

Die Leiterquerschnitte liegen je nach zu übertragender Leistung zwischen 25 und 125 mi
Querschnitte möglich.

zwischen 25 und 125 mm . Es sind aber auch noch größere

Bei Verwendung in einem Starkstromnetz für Mittelfrequenz werden in dem erfindungsgemäßen Starkstromkabel jeweils zwei gegenüberliegende Phasenleiter, also die Leiter 4 und 10, 6 und 12 sowie 8 und 14 parallel geschaltet, so daß jede der Phasen R, S und T zwei symmetrisch gegenüberliegende Einzelleiter aufweist. An den Kabelenden erden diese Leiter jeweils zusanunengeschaltet.

Gegenüber bekannten Lösungen mit üblichen Kabeln und auch mit Parallelschaltung mehrerer Kabel zeichnet sich das erfindungsgemäße Kabel bei gleichem Kupfereinsatz aus durch ι

1. geringere Verluste

2. höhere Belastbarkeit durch größere Oberfläche

3. geringes Streufeld

4. geringe Induktivität

5. symmetrischen Aufbau bei mitgeführtem Nulleiter.

Durch die Verwendung eines einzelnen Kabels mit großen Kupferquerschnitten anstelle der bisher erforderlich gewesenen Parallelschaltung mehrerer Kabel vereinfacht sich im übrigen die Installation des Kabelnetzes wesentlich.

Claims (2)

Ansprüche

1. Starkstromkabel für Drehstromnetze mit Mittelfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß um einen zentralen Null- oder Schutzleiter (2) herum sechs Phasenleiter (4-ίΌ gleichen Querschnitts angeordnet sind.

2. Starkstromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelleiter (2) den gleichen Querschnitt aufweist wie die Phasenleiter (4-lH).

* Starkstromkabel nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenleiter (4-1¹O um den Mittelleiter (2) herum verseilt sind.